Le posimètre radar permet une mesure précise de la distance de surface d'un matériau à l'échelle millimétrique grâce à une chaîne temporelle d'ondes électromagnétiques "émission - réflexion - réception", dont le principe de base peut être démonté en étapes subtiles comme suit:
I. emission de micro - ondes: projection précise des impulsions énergétiques
Un posimètre Radar émet des impulsions micro - ondes à haute fréquence (typiquement 24 GHz, 60 GHz ou 120 GHz) vers la surface du milieu mesuré au moyen d'une antenne telle qu'une antenne cornet ou parabolique. Prenons l'exemple d'un radar à impulsions dont la largeur des impulsions micro - ondes émises est extrêmement étroite (de l'ordre de la nanoseconde), assurant une concentration d'énergie et une stabilité du trajet de propagation. Alors que les radars à ondes continues FM (FMCW) émettent des ondes continues dont la fréquence varie linéairement dans le temps, la mesure de distance est réalisée par modulation de fréquence. Par exemple, un certain type de Radar FMCW, avec 24 GHz comme fréquence fondamentale et 2 GHz comme largeur de modulation, ne prend que 7 millisecondes pour effectuer un balayage linéaire, formant une relation proportionnelle entre la différence de temps et la distance objet - bit.
II. Propagation du signal: traversée spatio - temporelle de la vitesse de l'ordre de la vitesse de la lumière
Les micro - ondes se propagent dans l'air à une vitesse proche de celle de la lumière (environ 3 × 10 ⁸ M / s) et une partie de l'énergie du signal est réfléchie lorsqu'on rencontre une surface diélectrique dont la constante diélectrique est différente de celle de l'air. Plus la constante diélectrique du milieu est élevée, plus le signal réfléchi est fort – par exemple, l’eau (ε ≈ 80) réfléchit beaucoup plus intensément que la poussière (ε ≈ 1,5 - 3). Cette caractéristique permet au posimètre radar de pénétrer dans la vapeur, la mousse ou la poussière, capturant directement les échos de surface du milieu.
Iii. Réception d'écho: capture précise du signal faible
Une fois le signal réfléchi reçu par la même antenne, il est nécessaire de passer par un amplificateur à faible bruit pour renforcer l'intensité du signal, puis de convertir le signal analogique en signal numérique via un ADC (Convertisseur analogique - numérique) haute vitesse. Prenons l'exemple d'un radar à impulsions dont le système de réception doit identifier les échos dans une fenêtre temporelle de l'ordre de la nanoseconde, en évitant les interférences bruyantes; Le radar FMCW, quant à lui, convertit le signal temporel en spectre par transformée de Fourier rapide (FFT), en extrayant des pics spectraux abrupts à haute énergie comme échos efficaces.
Calcul temporel: conversion de la différence de temps à la hauteur du BIT
Le système calcule la distance (d) de l'antenne à la surface du support en combinaison avec la vitesse de la lumière (c) en mesurant la différence de temps (δt) ou de fréquence (δf) entre le signal émis et le signal reçu. La formule est:
Radar pulsé: D = 2c⋅Δt
Radar FMCW: D = 2kc⋅δf
(K est la pente FM)
La hauteur de position finale (l) est obtenue en soustrayant la distance prédéfinie du réservoir vide (e) de la distance mesurée (d):
L=E−D
Par exemple, dans la mesure du niveau du réservoir, si la distance du réservoir vide est de 5 mètres et la distance mesurée de 2 mètres, la hauteur du niveau est de 3 mètres.
V. anti - interférence et optimisation: garantie de précision dans des conditions de travail complexes
En réponse aux faux échos générés par la poussière, la vapeur ou l'agitation, les positomètres Radar modernes utilisent des algorithmes intelligents (par exemple, réglage dynamique du seuil, criblage Multi - échos) et des optimisations matérielles (par exemple, antennes à gain élevé, récepteurs à faible bruit). Par exemple, un certain type de GPS Radar intelligent peut identifier et filtrer les échos d'interférence tels que l'agitateur, la paroi du réservoir, etc., assurant une précision de mesure de ± 2 mm et une zone aveugle de seulement 50 mm.
La chaîne temporelle complète de l'émission de micro - ondes à la réception d'écho fait que le positomètre Radar présente les avantages de haute précision, sans contact et résistant aux environnements difficiles dans les réservoirs de stockage chimiques, les silos à ciment, les fermenteurs alimentaires et d'autres scénarios, devenant l'équipement de base de la mesure de position industrielle.