4.5. Метод направленного электромагнитного излучения
В основе данного метода лежит измерение коэффициента отражения посредством совмещения прямого и отражённого испытательных сигналов [10].
Метод использует излучение сверхчастотных импульсов, проникающих до дна резервуара сквозь заполняющее его вещество. В случае, когда импульс достигнет поверхности вещества, импеданс1 среды распространения излучения изменяется из-за влияния диэлектрических характеристик содержимого резервуара. Часть сигнала отражается обратно к приёмнику, который с высокой точностью определяет интервал времени между излучённым и отражённым сигналами, анализирует его и указывает уровень вещества в заданных единицах (футах, метрах и др.) [10].
Радарная технология излучения через воздух (микроволновые бесконтактные уровнемеры) базируется на аналогичных принципах измерения, но ложные эхосигналы были и остаются для неё существенной проблемой. При ориентации излучателя радара в направлении дна бункера возникают условия для отражения излучённого сигнала от стенок резервуара и образования паразитных отражённых сигналов, которые должны быть подавлены в приёмнике. Кроме того, зачастую внутри резервуара имеются внутренние препятствия, такие как системы трубопроводов, патрубки, лестницы и т.п., которые способствуют появлению дополнительных паразитных сигналов. Главной причиной возникновения ложных отражений является излучение радарных сигналов в расширенном конусе, т.е. с относительно широкой диаграммой направленности [10].
В методе направленного электромагнитного излучения (рис.4) (микроволновые контактные уровнемеры) радарный луч фокусируется волноводом (зондом) в форме специально сконструированного металлического стержня или троса. Волновод опускается в вещество, уровень которого необходимо определить, и создаёт вдоль своей оси диаграмму направленности излучения цилиндрической формы с относительно небольшим диаметром, предотвращая тем самым рассеивание излучаемого сигнала в резервуаре. Результатом этого являются более высокая надёжность и лучшие рабочие характеристики по сравнению с бесконтактными методами [10].
Конструктивно волновод микроволнового контактного уровнемера может быть выполнен как одинарный стержень (трос), так и сдвоенный трос (рис.5).
Конструкции со сдвоенными стержнями имеют преимущество, заключающееся в том, что электрическое поле сконцентрировано вокруг волновода и поэтому достаточно устойчиво к влиянию со стороны элементов конструкции резервуара.
Проблемы, связанные с налипанием, в гораздо меньшей степени проявляются в случае применения конструкций с одним тросом или стержнем. Однако силовые линии электрического поля одинарного волновода не являются замкнутыми, из-за чего на поле могут оказывать ощутимое влияние внутренние элементы конструкции резервуара [10].
Рис.4. Совмещение излученного и отраженного сигналов при реализации метода направленного электромагнитного излучения.
Рис.5. Микроволновые контактные уровнемеры с волноводами стержневой и коаксиальной конструкции.