การเปรียบเทียบการวัดระดับเรดาร์ระหว่างคลื่นพัลส์ 26GHz และ FMCW 80GHz

เครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์ที่ทำงานที่ความถี่พัลส์ 26 GHz และความถี่ FMCW 80 GHz มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในการใช้งานวัดระดับ โดยการเลือกระหว่างเครื่องส่งสัญญาณเหล่านี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะ เช่น ความกว้างของลำแสง ความละเอียด และความลึกในการทะลุทะลวง

เซ็นเซอร์ 80 GHz ให้ความละเอียดสูงกว่าและความกว้างของลำแสงที่แคบกว่า ในขณะที่เซ็นเซอร์ 26 GHz ให้การครอบคลุมที่กว้างขึ้นและความลึกในการทะลุทะลวงที่มากขึ้น ทำให้แต่ละเซ็นเซอร์เหมาะสำหรับสถานการณ์ทางอุตสาหกรรมที่แตกต่างกัน

เครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์พัลส์ความถี่ 26 GHz ทำงานบนหลักการของการวัดเวลาบิน (TOF) โดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงที่มีความยาวคลื่นสั้นเพื่อกำหนดระดับของเหลวหรือวัสดุแข็งในงานอุตสาหกรรมต่างๆ

เทคโนโลยีนี้ปล่อยคลื่นไมโครเวฟแบบแคบที่ความถี่ 26 GHz ซึ่งส่งลงมาด้านล่างผ่านเสาอากาศ

หลักการทำงานพื้นฐานประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:

• การปล่อยพัลส์: เครื่องส่งสัญญาณจะสร้างคลื่นไมโครเวฟพลังงานสูงแบบสั้นที่ความถี่ 26 GHz
• การแพร่กระจายสัญญาณ: พัลส์เหล่านี้จะเดินทางผ่านเสาอากาศและมุ่งไปยังพื้นผิวของวัสดุที่กำลังวัด
• การสะท้อน: เมื่อไปถึงพื้นผิวของวัสดุแล้ว พัลส์ไมโครเวฟจะสะท้อนกลับไปยังเครื่องส่งสัญญาณ
• การวัดเวลา: อุปกรณ์จะวัดเวลาที่พัลส์ใช้ในการเดินทางไปยังพื้นผิวและกลับมาอย่างแม่นยำ
• การคำนวณระดับ: เครื่องส่งสัญญาณจะคำนวณระยะทางไปยังพื้นผิวของวัสดุโดยใช้ความเร็วที่ทราบและเวลาที่วัดได้ เพื่อกำหนดระดับ

คุณสมบัติหลักของเครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์พัลส์ 26 GHz ได้แก่:

• ความสามารถในระยะไกล: อุปกรณ์เหล่านี้สามารถวัดระดับได้ไกลถึง 80 เมตร ทำให้เหมาะสำหรับถังหรือไซโลที่มีความสูง
• ความอเนกประสงค์: ใช้ได้กับวัสดุทั้งของเหลวและของแข็งในอุตสาหกรรมต่างๆ
• การวัดแบบไม่สัมผัส: เทคโนโลยีเรดาร์ช่วยให้วัดระดับได้อย่างแม่นยำโดยไม่ต้องสัมผัสตัวกลางโดยตรง ช่วยรักษาความสมบูรณ์ของทั้งเซ็นเซอร์และวัสดุที่วัดได้
• ทนทานต่อปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม: เครื่องส่งสัญญาณเรดาร์พัลส์ทำงานได้ดีในสภาวะที่ท้าทาย เช่น ฝุ่น ไอระเหย หรือโฟม

ความถี่ 26 GHz ให้ความสมดุลระหว่างความสามารถในการเจาะทะลุและความแม่นยำในการวัด ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานวัดระดับในอุตสาหกรรมต่างๆ

การออกแบบเสาอากาศที่ปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องส่งสัญญาณเหล่านี้ ช่วยให้วัดได้อย่างน่าเชื่อถือในรูปทรงถังที่ซับซ้อน

 

เครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์แบบคลื่นต่อเนื่องที่ปรับความถี่ 80 GHz (FMCW) ทำงานบนหลักการพื้นฐานที่แตกต่างจากระบบเรดาร์แบบพัลส์

เทคโนโลยีขั้นสูงนี้ใช้สัญญาณที่ปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องด้วยความถี่ที่แตกต่างกันเพื่อวัดระดับวัสดุด้วยความแม่นยำสูง หลักการทำงานพื้นฐานของเครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์แบบ FMCW 80 GHz ประกอบด้วย:

• การแผ่สัญญาณ: เครื่องส่งสัญญาณจะปล่อยสัญญาณไมโครเวฟอย่างต่อเนื่องที่ความถี่ 80 GHz โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 76-81 GHz
• การมอดูเลตความถี่: ความถี่ของสัญญาณที่ปล่อยออกมาจะถูกมอดูเลตอย่างต่อเนื่อง โดยปกติจะอยู่ในรูปแบบการกวาดเชิงเส้น
• การแพร่กระจายสัญญาณ: สัญญาณที่มอดูเลตจะเดินทางผ่านเสาอากาศไปยังพื้นผิววัสดุ
• การสะท้อน: เมื่อไปถึงพื้นผิววัสดุแล้ว สัญญาณจะสะท้อนกลับไปยังเครื่องส่งสัญญาณ
• การวิเคราะห์สัญญาณ: อุปกรณ์จะเปรียบเทียบความถี่ของสัญญาณที่ส่งกลับมาด้วยความถี่ที่ส่งในปัจจุบัน
• การคำนวณระดับ: ความแตกต่างของความถี่ระหว่างสัญญาณที่ส่งและสัญญาณที่ได้รับจะใช้ในการคำนวณระยะทางไปยังพื้นผิววัสดุเพื่อกำหนดระดับ

คุณสมบัติหลักของเครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์ FMCW 80 GHz ได้แก่:

• ความแม่นยำสูง: ความถี่ที่สูงขึ้นและเทคโนโลยี FMCW ช่วยให้วัดค่าได้อย่างแม่นยำมาก โดยมักวัดค่าได้ละเอียดถึงระดับมิลลิเมตร
• มุมลำแสงแคบ: ความถี่ 80 GHz สร้างลำแสงที่โฟกัสได้สูง ทำให้สามารถวัดค่าในถังที่แคบหรือผ่านช่องเปิดขนาดเล็กได้
• ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในสภาวะที่ท้าทาย: เครื่องส่งสัญญาณเหล่านี้สามารถวัดระดับได้อย่างมีประสิทธิภาพแม้จะมีฝุ่น ไอระเหย หรือความปั่นป่วนก็ตาม
• แถบตายสั้น: ความถี่สูงช่วยให้วัดค่าได้ใกล้กับเซ็นเซอร์มาก ทำให้ลดพื้นที่ที่วัดไม่ได้ใกล้เครื่องส่งสัญญาณ
• ภูมิคุ้มกันต่อสัญญาณรบกวน: เทคโนโลยี FMCW ไม่ค่อยได้รับผลกระทบจากสัญญาณรบกวนจากภายในถังหรืออุปกรณ์เรดาร์อื่นๆ

เทคโนโลยี FMCW 80 GHz เหมาะเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น ในอุตสาหกรรมเคมี ยา หรืออาหารและเครื่องดื่ม

ลำแสงแคบและความสามารถในการประมวลผลสัญญาณขั้นสูงทำให้เครื่องส่งสัญญาณเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับรูปทรงถังที่ซับซ้อนหรือวัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ

ความกว้างของลำแสงของเครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์มีบทบาทสำคัญต่อประสิทธิภาพและความเหมาะสมสำหรับการใช้งานต่างๆ

เมื่อเปรียบเทียบระบบเรดาร์ 26 GHz และ 80 GHz จะพบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความกว้างของลำแสง ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพในสถานการณ์ต่างๆ ระบบเรดาร์ 80 GHz มีความกว้างของลำแสงที่แคบกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับระบบเรดาร์ 26 GHz

เรดาร์ 80 GHz มีความยาวคลื่นเพียง 3.75 มม. ในขณะที่เรดาร์ 26 GHz มีความยาวคลื่น 11.5 มม.

ความยาวคลื่นที่สั้นกว่านี้ทำให้ลำแสงมีโฟกัสและแคบกว่าสำหรับระบบ 80 GHz
ลำแสงที่แคบกว่าของเรดาร์ 80 GHz นั้นมีข้อดีหลายประการ ดังนี้:

• ความแม่นยำในการวัดที่ดีขึ้นในรูปทรงถังที่ซับซ้อน
• การรบกวนจากผนังถังและโครงสร้างภายในลดลง
• ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในถังที่แคบหรือเมื่อวัดผ่านช่องเปิดขนาดเล็ก
• ความสามารถในการหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางและวัดระดับที่แท้จริงของตัวกลางเพิ่มขึ้น

ตัวอย่างเช่น ในระยะทาง 10 เมตร ความกว้างของลำแสงของเรดาร์ 80 GHz ที่มีแบนด์วิดท์ 4 GHz จะกว้างเพียง 30% ของเรดาร์ 24 GHz ที่มีแบนด์วิดท์ 2 GHz

ความแตกต่างที่สำคัญในความกว้างของลำแสงนี้แปลเป็นพื้นที่การวัดประมาณ 0.5 ม. สำหรับเรดาร์ 80 GHz เมื่อเทียบกับ 1.75 ม. สำหรับเรดาร์ 24 GHz ที่ระยะทางเดียวกัน
ในทางกลับกัน ระบบเรดาร์ 26 GHz มีความกว้างของลำแสงที่กว้างกว่า ซึ่งมีข้อดีหลายประการ:

• สามารถวัดพื้นที่ขนาดใหญ่ได้ด้วยการวัดเพียงครั้งเดียว
• ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในการใช้งานที่มีพื้นผิวไม่เรียบหรือปั่นป่วน
• เพิ่มโอกาสในการตรวจจับระดับจริงในถังที่มีเครื่องกวนหรือชิ้นส่วนเคลื่อนไหวอื่นๆ

ลำแสงที่กว้างขึ้นของเรดาร์ 26 GHz อาจเป็นประโยชน์ในสถานการณ์บางอย่าง เช่น การวัดของแข็งจำนวนมากหรือในการใช้งานที่ต้องการพื้นที่การวัดที่ใหญ่กว่า

อย่างไรก็ตาม ลำแสงที่กว้างขึ้นนี้ยังอาจทำให้เกิดการรบกวนจากผนังถังหรือโครงสร้างภายในเพิ่มขึ้นในบางกรณี

ควรสังเกตว่าความกว้างของลำแสงอาจได้รับอิทธิพลจากการออกแบบเสาอากาศเช่นเดียวกับความถี่

ตัวอย่างเช่น Autrol ALT6210 ซึ่งเป็นเครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์พัลส์ 26 GHz มีมุมลำแสงแคบและตรงที่ 10° ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มประสิทธิภาพเสาอากาศสามารถช่วยลดข้อจำกัดด้านความกว้างของลำแสงบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับความถี่ที่ต่ำกว่าได้

ในการเลือกใช้ระบบเรดาร์ระหว่าง 26 GHz และ 80 GHz วิศวกรจะต้องพิจารณาข้อกำหนดเฉพาะของการใช้งานอย่างรอบคอบ โดยคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ เช่น รูปทรงของถัง ลักษณะของสื่อ และความแม่นยำในการวัดที่ต้องการ เพื่อกำหนดว่าโปรไฟล์ความกว้างของลำแสงใดเหมาะสมกับความต้องการมากที่สุด

 

ความถี่ของเครื่องส่งสัญญาณระดับเรดาร์มีบทบาทสำคัญในการกำหนดความแม่นยำในการวัด โดยทั่วไปความถี่ที่สูงขึ้นจะให้ความแม่นยำและความละเอียดที่ดีขึ้น

ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความแม่นยำนี้เกิดจากปัจจัยสำคัญหลายประการ: ความยาวคลื่นและความละเอียด: ระบบเรดาร์ที่มีความถี่สูงขึ้นทำงานด้วยความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ทำให้ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงระดับเล็กน้อยได้แม่นยำยิ่งขึ้น

ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์เรดาร์ความถี่ 80 GHz ที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าที่ 3.75 มม. สามารถตรวจจับระดับความละเอียดที่สูงขึ้นได้เมื่อเทียบกับเซ็นเซอร์ความถี่ 26 GHz ที่มีความยาวคลื่น 11.5 มม.

ความละเอียดที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้การวัดมีความแม่นยำมากขึ้น โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันที่ต้องตรวจจับระดับแบบละเอียด

แบนด์วิดท์สัญญาณ: ระบบเรดาร์ความถี่ที่สูงขึ้นมักใช้แบนด์วิดท์สัญญาณที่กว้างขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวัด ตัวอย่างเช่น เรดาร์ความถี่ 24 GHz มักจะปรับความถี่ระหว่าง 24 ถึง 26 GHz โดยให้แบนด์วิดท์ 2 GHz ในขณะที่เรดาร์ความถี่ 80 GHz จะปรับความถี่ระหว่าง 78 ถึง 82 GHz โดยให้แบนด์วิดท์ 4 GHz

แบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้นช่วยให้วัดเวลาบินได้แม่นยำยิ่งขึ้น ส่งผลให้มีความแม่นยำเพิ่มขึ้น มุมลำแสงและโฟกัส: เรดาร์ความถี่สูงจะสร้างลำแสงที่แคบลงและโฟกัสได้มากขึ้น

ลักษณะนี้ช่วยลดการรบกวนจากผนังถังและโครงสร้างภายใน ทำให้วัดได้แม่นยำยิ่งขึ้น โดยเฉพาะในเรขาคณิตของถังที่ซับซ้อน

ตัวอย่างเช่น ลำแสงที่แคบกว่าของเรดาร์ความถี่ 80 GHz ช่วยให้กำหนดเป้าหมายพื้นผิววัสดุได้แม่นยำยิ่งขึ้น ลดการอ่านค่าผิดพลาดจากสิ่งกีดขวางโดยรอบ

อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน: ที่ความถี่สูงขึ้น ระบบเรดาร์สามารถส่งและรับสัญญาณได้มากขึ้นในกรอบเวลาที่กำหนด โดยเชื่อมโยงสัญญาณกับเป้าหมายได้ชัดเจนยิ่งขึ้นเนื่องจากค่าพีคที่แคบลงและแม่นยำ

อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ปรับปรุงนี้ช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวัด โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่ท้าทายซึ่งอาจมีการรบกวนได้

การเจาะทะลุและประสิทธิภาพ: แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วความถี่ที่สูงขึ้นจะให้ความแม่นยำที่ดีกว่า แต่สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าความถี่ที่ต่ำกว่า เช่น 26 GHz สามารถเจาะทะลุวัสดุบางชนิดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า เช่น ฝุ่น ไอ หรือโฟม

ความสามารถในการเจาะทะลุนี้อาจมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาความแม่นยำในการใช้งานอุตสาหกรรมเฉพาะที่ปัจจัยเหล่านี้มักเกิดขึ้น

ช่วงระยะทาง: ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความแม่นยำยังได้รับอิทธิพลจากระยะทางการวัดอีกด้วย ในแง่สัมพันธ์ แบนด์ความถี่ที่ต่ำกว่าสามารถวัดช่วงระยะทางที่ยาวกว่าได้ ในขณะที่แบนด์ความถี่ที่สูงกว่านั้นเหมาะสำหรับช่วงระยะทางที่สั้นกว่าและมีความแม่นยำสูงกว่า

ต้องพิจารณาข้อแลกเปลี่ยนนี้เมื่อเลือกความถี่เรดาร์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่กำหนด ควรสังเกตว่าแม้ว่าความถี่จะเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดความแม่นยำของเรดาร์ แต่องค์ประกอบอื่นๆ เช่น การออกแบบเสาอากาศ อัลกอริทึมการประมวลผลสัญญาณ และเงื่อนไขการติดตั้งก็มีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพการวัดโดยรวมเช่นกัน

ดังนั้น การเลือกความถี่เรดาร์ควรขึ้นอยู่กับการประเมินความต้องการการใช้งานเฉพาะอย่างครอบคลุม โดยสร้างสมดุลระหว่างความต้องการความแม่นยำกับปัจจัยประสิทธิภาพอื่นๆ