Mesure de niveau radar 80 GHz
La technologie 80 GHz utilisée dans la série OPTIWAVE est la technologie radar la plus récente et la plus polyvalente pour la mesure de niveau des liquides et des solides. Sur une distance identique, elle présente un faisceau très focalisé avec un diamètre inférieur, par rapport aux radars à plus basse fréquence. Elle est idéale pour une utilisation dans des atmosphères poussiéreuses ou avec des produits à mesurer offrant un faible niveau de réflexion. La zone morte réduite et le faible angle d'émission permettent une utilisation aussi bien dans des réservoirs de petite taille que de grande taille.
Mesure de niveau radar 80 GHz
La technologie 80 GHz utilisée dans la série OPTIWAVE est la technologie radar la plus récente et la plus polyvalente pour la mesure de niveau des liquides et des solides. Sur une distance identique, elle présente un faisceau très focalisé avec un diamètre inférieur, par rapport aux radars à plus basse fréquence. Elle est idéale pour une utilisation dans des atmosphères poussiéreuses ou avec des produits à mesurer offrant un faible niveau de réflexion. La zone morte réduite et le faible angle d'émission permettent une utilisation aussi bien dans des réservoirs de petite taille que de grande taille.
Comment la technologie 80 GHz peut-elle être aussi universelle ?
Pour répondre à cette question, il faut comprendre que la technologie 80 GHz est basée sur la technologie FMCW qui est actuellement la technologie la plus utilisée par tous les principaux fabricants d'appareils de process industriels. FMCW est l'abréviation de Frequency Modulated Continuous Wave (Onde continue à fréquence modulée). Le radar FMCW émet en permanence des ondes radar dont la fréquence est modulée sur une largeur de bande, et dont il reçoit leurs réflexions. Il mesure la différence de fréquence entre l'onde transmise et l'onde reçue. Cette différence est proportionnelle à la distance par rapport à la surface depuis laquelle l'onde a été reflétée.
La mesure de niveau par le radar est donc principalement une mesure de distance sans contact entre l'appareil de mesure (monté sur le haut du réservoir) et la surface d'un produit à mesurer. Grâce à la saisie de la géométrie du récipient et des propriétés du produit à mesurer, telles que la masse volumique, l'appareil peut calculer le niveau, le volume ou la masse. Contrairement aux ultrasons, le radar n'est pas tributaire de la pression et de la température. De plus, la viscosité et la masse volumique n'affectent pas la mesure.
Malgré cette absence de sensibilité, certains facteurs ont une influence sur la mesure FMCW. La technologie 80 GHz est actuellement la plus avancée pour éliminer ces influences.
Dynamique et largeur de bande du signal
Étant donné que chaque fréquence émise est reflétée et reçue par le radar, on obtient un large spectre. Cependant, les ondes ne sont pas reflétées seulement par le produit à mesurer. Elles sont également reflétées par toutes les surfaces présentes dans un réservoir, comme par exemple les éléments internes d'un réservoir. La différenciation exacte de tous les signaux reflétés détectés par le radar est uniquement possible via une forte dynamique de signal, également connue sous le nom de haute sensibilité de mesure : plus les signaux reflétés par une cible et reçus par l'appareil sont nombreux, plus ce point devient clair ou augmente fortement dans le spectre, pour dépasser les autres interférences, ce qui permet de l'identifier.
Plus la largeur de bande du radar augmente, plus la résolution du spectre augmente et plus les cibles individuelles sont indiquées par des crêtes plus fines et plus précises. La largeur de bande sur laquelle la fréquence est modulée détermine le nombre de signaux différents reflétés depuis une cible. Un radar 24 GHz module généralement entre 24 et 26 GHz et présente donc une largeur de bande de 2 GHz, alors qu'un radar 80 GHz module généralement dans une plage située entre 78 et 82 GHz et présente donc une largeur de bande de 4 GHz. Avec 4 GHz on peut différentier, par exemple, les cibles qui sont séparées de seulement 10 cm (4"). Avec 2 GHz, ces cibles très proches ne peuvent pas être distinguées les unes des autres dans les mêmes conditions.
Focalisation et taille d'antenne
Pendant longtemps, la largeur de bande a été limitée par les performances des puces. Aujourd'hui, elle est limitée par les antennes et leurs conceptions, qui doivent permettre la transmission du spectre de fréquence. Les ondes radar ne se propagent pas en se focalisant sur un point comme un signal laser, mais plutôt sous la forme d'un faisceau lobé ou angulaire.
Afin d'influencer l'angle d'ouverture ou la focalisation du faisceau angulaire, il y a deux possibilités. Tout d'abord, la fréquence utilisée : plus la fréquence est élevée, plus l'angle d'ouverture est faible en raison de la longueur d'onde plus courte. La largeur du faisceau angulaire d'un radar 80 GHz avec une largeur de bande de 4 GHz correspond, à une distance de 10 m (33 ft), à seulement 30% de la largeur du faisceau radar 24 GHz avec 2 GHz (0,5 m à 1,75 m (1,6 à 5,7 ft)). La deuxième possibilité est le diamètre d'antenne : plus le diamètre est important, plus le faisceau angulaire est focalisé.
Pour l'industrie de process, cela peut être facilement appliqué aux applications typiques : dans les silos hauts et étroits, le faisceau radar ne doit pas entrer en contact avec la paroi du silo ou les éléments internes du réservoir, étant donné que ces éléments ne doivent pas être mesurés. C'est pourquoi le faisceau angulaire du radar doit être focalisé et aussi étroit que possible, comme c'est le cas avec un radar 80 GHz.
Réflectivité et fréquence
En plus de l'angle, les propriétés de la surface du produit déterminent également le nombre de signaux radar réfléchis et la manière dont ils sont reçus : plus la réflectivité ou la constante diélectrique est élevée, plus l'amplitude des signaux réfléchis est élevée.
Contrairement aux liquides qui réfléchissent très bien les signaux, les solides en vrac reflètent généralement très mal les signaux : une valeur Er d'environ 1,4 est indiquée comme étant la valeur la plus faible pouvant encore être mesurée de façon fiable et sûre. Bien que le coefficient de réflexion d'une surface de liquide plane ne change pas en fonction de la fréquence, la rétrodiffusion à partir de marchandises en vrac de faible granulométrie, telles que les granulés ou les poudres, augmente fortement au fur et à mesure que la fréquence augmente.
Le radar 80 GHz est donc le système préféré ici. En raison de la dynamique élevée, il peut afficher clairement la ligne de niveau, même s'il y a beaucoup de poussière (par ex. pendant le process de remplissage d'un silo ou de stockage en tas). La meilleure résolution de la largeur de bande de 4 GHz aide également à distinguer les signaux provenant des interférences et ceux provenant du produit à mesurer, même s'ils sont proches.
Récapitulatif
80 GHz est la fréquence présentant la focalisation la plus importante et elle est donc adaptée pour toutes les tailles de conteneurs, afin d'éviter la réflexion des interférences. De plus, la courte longueur d'onde est très bien réfléchie. Cela est particulièrement avantageux pour les solides en vrac, même avec des granulés et des poudres dont les particules sont très petites et/ou dont les niveaux de poussière sont élevés. Un autre avantage est la forte focalisation par défaut du signal, qui ne nécessite aucune focalisation supplémentaire à l'aide d'une grande antenne : l'antenne lentille en plastique (PEEK) affleurante disponible avec la série OPTIWAVE est suffisante et très populaire dans ces applications. En raison de sa petite taille, il peut être utilisé avec des raccords filetés et rend parfois la bride inutile, ce qui peut permettre d'économiser beaucoup d'argent. De plus, le radar 80 GHz a une énorme échelle de mesure avec une petite zone morte, ce qui permet de remplir le réservoir presque jusqu'à l'antenne.