1. 마이크로파 발사: 에너지 펄스의 정확한 투사

레이더 물위계는 플레어 안테나 또는 포물면 안테나와 같은 안테나를 통해 측정된 매체 표면에 고주파 마이크로파 펄스(주파수는 보통 24GHz, 60GHz 또는 120GHz)를 발사한다.펄스 레이더의 경우, 발사되는 마이크로파 펄스 폭이 매우 좁다 (나노초급), 에너지가 집중되고 전파 경로가 안정적이다.FMCW(주파수 변조 연속파) 레이더는 시간에 따라 선형적으로 변화하는 주파수의 연속파를 발사하여 주파수 변조를 통해 거리 측정을 실현한다.예를 들어, 어떤 FMCW 레이더는 24GHz를 기본 주파수로, 2GHz를 변조 주파수 폭으로, 한 번의 선형 스캔을 완료하는 데 7밀리초밖에 걸리지 않아 시간차와 물위 거리의 정비례 관계를 형성한다.

2. 신호전파: 광속급속도의 시공도약

마이크로파는 광속 (약 3 × 10 ⁸m/s) 에 가까운 속도로 공기 중에 전파되며, 매전 상수가 공기와 다른 매체 표면을 만나면 일부 신호 에너지가 반사된다.미디어 매개 전기 상수가 높을수록 반사 신호가 강해집니다. 예를 들어, 물 (ε80) 의 반사 강도는 먼지 (ε1.5-3) 보다 훨씬 높습니다.이 특성으로 레이더 물위계는 증기, 거품 또는 분진을 뚫고 매체 표면의 반향을 직접 포착할 수 있다.

3. 반향 수신: 미약한 신호의 정확한 포획

반사 신호가 같은 안테나에 수신되면 저소음증폭기를 통해 신호 강도를 높인 뒤 고속 ADC(모듈러 변환기)를 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해야 한다.펄스 레이더의 경우, 그 수신 시스템은 나노초급 시간 창 내에서 반향을 식별하여 소음 방해를 피해야 한다;FMCW 레이더는 빠른 푸리엽 변환 (FFT) 을 통해 시간 신호를 스펙트럼으로 변환하여 고에너지, 가파른 스펙트럼 봉을 추출하여 효과적인 반향으로 삼는다.

4. 시차계산: 시간차에서 물위높이로의 전환

시스템은 신호를 송수신하는 시간차(t)나 주파수차(델타 f)를 측정해 안테나가 매체 표면까지의 거리(D)를 광속(c)과 결합해 계산한다.공식은 다음과 같습니다.

펄스 레이더: D=2c⋅μt

FMCW 레이더: D=2Kc⋅델타 f

(K는 주파수 변조 기울기)

최종 물위 높이 (L) 는 미리 설정된 빈 탱크 거리 (E) 에서 실측 거리 (D) 를 빼면 다음과 같습니다.

L=E−D

. 예를 들어, 탱크 유위 측정에서 빈 탱크 거리가 5m이고 실측 거리가 2m인 경우 유위 높이는 3m입니다.

5. 교란 방지 및 최적화: 복잡한 작업 상황에서의 정확한 보장

현대 레이더 물위계는 분진, 증기 또는 교반으로 인한 허위 반향에 대응하기 위해 동적 임계값 조정, 다중 반향 필터링과 같은 지능형 알고리즘과 하드웨어 최적화 (예: 고이득 안테나, 저소음 수신기) 를 사용한다.예를 들어, 어떤 스마트 레이더 물위계는 믹서, 탱크 벽 등의 교란 반향을 식별하고 필터링하여 측정 정밀도가 ± 2mm에 달하고 사각지대가 50mm에 불과하도록 보장한다.

마이크로파 발사에서 반향 수신에 이르는 완전한 시계열 사슬은 레이더 물위계가 화학공업 저장탱크, 시멘트 재료 창고, 식품 발효 탱크 등 장면에서 고정밀도, 비접촉, 열악한 환경에 저항하는 우세를 보여 공업 물위 측정의 핵심 설비가 되도록 한다.