Измерение уровня при волнениях поверхности

   В реальных условиях эксплуатации не редко возникают ситуации, когда, на поверхности измеряемого продукта появляются волны. Это могут быть волнения, вызванные наливом, перемешиванием, кипением и т.д. Неровности (волны), возникающие при этом на поверхности продукта, резко снижают отражательную способность продукта, т.к. увеличивают рассеивание в пространстве отражаемого электромагнитного сигнала.

Измерение уровня в условиях поверхностных волнений, это наиболее жесткий режим для радарных измерений. И в этой ситуации разные уровнемеры ведут себя по-разному.

Недостатки импульсного уровнемера

   Импульсный уровнемер с высокой частотой посылает в сторону продукта импульсы электромагнитного сигнала и измеряет время задержки получения отраженного сигнала. Т.к. время распространения электромагнитной волны чрезвычайно мало, а система обработки сигнала в таких уровнемерах построена максимально просто и нет спектрального анализа (в отличии от FMCW), а используется простейшее прямое вычисление времени задержки (известное еще с ультразвуковых уровнемеров), то время измерительного цикла тоже мало. Поэтому имеется возможность за единицу времени производить тысячи циклов измерения. Т.е., потенциально, отследить каждое колебание поверхности. Но это в идеальном случае...

   В реальности, при бурлении, отраженный сигнал формирует некоторый участок поверхности продукта, а не одна точка или поверхность (см. рисунок). И отраженный сигнал будет в большей степени рассеиваться в пространстве.

   Поэтому, меньше энергии возвращается в антенну, при этом отраженный импульс искажается и становится заметно хуже (вплоть до исчезновения) чем при ровной поверхности - будет уменьшаться амплитуда. При этом, структура классического принципа импульсного измерения уровня не позволяет применить в таком уровнемере более серьезной обработки данных кроме как статистической (различные способы накопления). Т.е. если импульс вернулся искаженным и с малой амплитудой, то он даст либо очень большую погрешность, либо произойдет срыв измерения.

Недостатки классического FMCW-уровнемера

   В отличии от импульсного уровнемера, уровнемер построенный на FMCW-принципе излучает и принимает электромагнитный сигнал непрерывно (непрерывный радар) с частотой, изменяющейся по линейному пилообразному закону (подробнее см. Принцип действия). А окончательное значение уровня получается после спектрального анализа разностной часты переданного и отраженного сигнала. Такой способ позволяет добиться высоких точностей измерения даже в условиях слабых отражений, т.к. амплитуда и форма отраженного сигнала уже не являются определяющими факторами - информацию несет частота и всегда имеется возможность произвести достоверные измерения даже в условиях слабых отраженных сигналов.

   Но это метод имеет ряд недостатков, один из которых, это неустойчивая работа в условиях кипения или бурления поверхности продукта. Связано это с тем, что накопление информации производится за довольно длительное время развертки зондирующего сигнала (100-500мс). А за это время поверхность продукта успевает многократно измениться, из-за чего результирующая частота будет представлять "смесь" чрезвычайно большого числа паразитных частот, что в свою очередь, приводит к резкому увеличению погрешности, либо к невозможности измерения уровня в принципе.

Уровнемер УЛМ - интеллектуальный уровнемер

   В уровнемерах УЛМ применяется интеллектуальная система подстройки параметров. Измерительная система построена таким образом, что она может, в зависимости от ситуации, коренным образом менять алгоритмы измерений, характеристики измерительных узлов, задействовать специальные алгоритмы и вычислительные системы и т.д.

   При измерении уровня кипящих продуктов уровнемеры УЛМ используют систему ускоренной адаптивной перестройки. Как и в случае классического FMCW-радара, уровнемеры УЛМ генерируют электромагнитный сигнал с частотой, изменяющейся по пилообразному закону. Но, в отличии от классического FMCW-радара характеристики зондирующего сигнала не являются константой, а варьируются и адаптируются к процессу по оригинальным алгоритмам.

   В частности, при измерении уровня продуктов с бурлениями поверхности, применяется принцип "ускоренного измерения" - время измерения и алгоритм обработки постоянно меняются, и время измерения может сокращаться до единиц мили секунд!

   За время "смены поверхности" уровнемер УЛМ успевает многократно измерить уровень продукта - т.е. за время цикла измерения, уровень продукта просто не успевает измениться! Таким образом, для уровнемера УЛМ, измерение уровня бурлящего продукта, сводится к измерению уровня продукта с неподвижной, но неровной поверхностью. А надежность измерении уровня при неровной поверхности обеспечивается FMCW-методом.