مقدمة
في قياس السوائل الصناعية، لا يقتصر ضمان الدقة على اختيار المستشعر المناسب فحسب، بل يشمل أيضًا مواجهة التحديات البيئية. ومن أهم التحديات التي تواجه أجهزة إرسال مستوى الرادار بالموجات المليمترية (mmWave) داخل خزانات التخزين المعدنية ما يُسمى بتأثير تعدد المسارات . قد تؤدي هذه الظاهرة إلى قراءات مضللة إذا لم تُدار بشكل صحيح. في هذه المدونة، سنتعمق في ماهية تأثيرات تعدد المسارات، وأسباب حدوثها في الخزانات المعدنية، وكيفية تصميم أجهزة إرسال مستوى الرادار بالموجات المليمترية المتطورة للتغلب عليها.
ما هو تأثير المسارات المتعددة؟
يحدث تأثير المسارات المتعددة عندما تنعكس إشارة الرادار، بدلاً من السفر مباشرة إلى سطح السائل والعودة، عدة مرات داخل الخزان قبل العودة إلى هوائي الرادار.
في الخزانات المعدنية ، تُفاقم الانعكاسية العالية لجدرانها هذه المشكلة. نتيجةً لذلك، قد يستقبل مُستقبِل الرادار عدة إشارات بفترات زمنية مختلفة، مما قد يُربك النظام ويُولّد ذروات صدى خاطئة. غالبًا ما يتجلى ذلك في:
مستويات "شبحية" ظاهرة أعلى أو أقل من سطح السائل الحقيقي
قراءات متقلبة عند ملء الخزان جزئيًا
انخفاض الموثوقية في الخزانات الطويلة أو الضيقة
لماذا تزيد الخزانات المعدنية من سوء الوضع؟
بخلاف الخزانات البلاستيكية أو الخرسانية التي تمتص بعض طاقة الرادار، تعمل الجدران المعدنية كمرايا . فهي تحجز الإشارات وتعكسها بشكل متكرر. كلما زادت قوة الانعكاسات، ازداد نمط صدى الرادار تعقيدًا.
على سبيل المثال:
في خزان معدني أسطواني ارتفاعه 10 أمتار ، قد تنعكس نبضة الرادار عن السائل، وترتد إلى الجدار الجانبي، ثم تعود إلى الهوائي بنفس التأخير تقريبًا مثل الصدى الحقيقي.
في الخزانات ذات القاع المخروطي ، يمكن أن تظهر أصداء الأسطح المائلة بقوة مثل إشارة سطح السائل الحقيقية.
بدون المعالجة الذكية، لا يستطيع الرادار التمييز بين الصدى الصحيح.
كيف يتعامل رادار الموجات المليمترية مع المسارات المتعددة
تدمج أجهزة إرسال الرادار mmWave الحديثة العديد من ميزات التصميم والخوارزميات للتخفيف من تداخل المسارات المتعددة:
زاوية شعاع ضيقة
يمكن للرادارات ذات الموجات المليمترية عالية التردد (77-81 جيجاهرتز) تحقيق زوايا شعاع ضيقة تصل إلى 3°–4° ، مما يقلل من احتمالية الاصطدام بجدار الخزان ويركز المزيد من الطاقة مباشرة على سطح السائل.خوارزميات معالجة الصدى المتقدمة
تُحلل برامج معالجة الإشارات قوة إشارات العودة واتساقها وتوقيتها. تُصفّي الخوارزميات الانعكاسات الثانوية وتُركّز على سطح السائل الحقيقي الأكثر احتمالاً.قمع الصدى الكاذب الديناميكي
أثناء الإعداد الأولي، يُمكن للرادار تحديد المناطق التي تكثر فيها الصدى الكاذب (مثل طبقات اللحام، أو السلالم، أو أسقف الخزانات). تُلغى هذه المناطق تلقائيًا في القياسات اللاحقة.اكتشاف النطاق الديناميكي العالي (HDR)
تكتشف رادارات الموجات المليمترية أصداء ضعيفة حتى في وجود إشارات متعددة المسارات قوية، مما يحسن موثوقية القياس في الهندسة المعقدة.
مثال عملي
دعونا نفكر في خزان تخزين الإيثانول المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ :
حجم الخزان : ارتفاع 12 متر، قطر 4 أمتار
التحدي : أفادت أجهزة استشعار مستوى الرادار التقليدية بتردد 24 جيجاهرتز بقراءات غير مستقرة عندما كان الخزان ممتلئًا بنسبة تتراوح بين 50% إلى 70% بسبب أصداء المسارات المتعددة.
الحل : أدى التبديل إلى رادار الموجات المليمترية 77 جيجاهرتز مع زاوية شعاع ضيقة وخوارزمية قمع المسارات المتعددة إلى قراءات مستقرة بدقة ±2 مم.
توضح هذه الحالة كيف أن قمع المسارات المتعددة ليس مجرد أمر نظري، بل إنه يؤثر بشكل مباشر على الكفاءة التشغيلية والسلامة.
التكامل مع التطبيقات الصناعية
تُستخدم أجهزة إرسال الرادار ذات الموجات المليمترية على نطاق واسع الآن في:
مصانع المعالجة الكيميائية (حيث تهيمن الأوعية المعدنية)
تخزين النفط والغاز (حيث تتطلب سلامة الخزانات مراقبة دقيقة ومستمرة)
الصناعات الدوائية (حيث تكون خزانات الفولاذ المقاوم للصدأ إلزامية)
بالنسبة للصناعات التي تعتمد على الخزانات المعدنية ، فإن فهم تأثيرات المسارات المتعددة واختيار مستشعر الرادار المناسب أمر بالغ الأهمية لموثوقية العملية.
👉 لمزيد من التفاصيل حول تكنولوجيا الرادار، قم بزيارة الموقع الرسمي لشركة Linpowave .
👉 للحصول على معلومات أساسية عن مبادئ الرادار، راجع ويكيبيديا: مبادئ الرادار .
التعليمات
س1: هل ستمنع تأثيرات المسارات المتعددة القياسات الدقيقة تمامًا؟
لا. على الرغم من تعقيد القراءات، فإن أجهزة الرادار mmWave الحديثة ذات الخوارزميات الذكية مصممة للتمييز بين الأصداء الحقيقية والكاذبة، مما يضمن أداءً موثوقًا به.
س2: هل يمكن تجنب تعدد المسارات عن طريق التثبيت وحده؟
يساعد التثبيت الصحيح (على سبيل المثال، وضع المنتج بعيدًا عن الفوهات أو طبقات اللحام)، ولكن في الخزانات المعدنية، يعد القمع القائم على الخوارزمية أمرًا ضروريًا.
س3: هل أجهزة الرادار ذات التردد 24 جيجاهرتز تتمتع بنفس القدرة؟
ليس عادةً. زاوية شعاعها الأوسع تزيد من خطر تعدد المسارات، مما يجعلها أقل فعالية في الخزانات المعدنية العاكسة مقارنةً برادارات 77 جيجاهرتز.
س4: كيف يعمل قمع المسارات المتعددة على تحسين السلامة؟
من خلال ضمان قياسات السوائل المستقرة، فإنه يقلل من مخاطر الإفراط في الملء، والتسرب، وتكاليف التوقف الباهظة.
خاتمة
تُمثل تأثيرات المسارات المتعددة داخل الخزانات المعدنية تحديًا بالغ الأهمية في قياس مستوى السوائل. ومع ذلك، مع ظهور أجهزة استشعار الرادار عالية التردد بالموجات المليمترية، بالإضافة إلى معالجة الإشارات المتقدمة، أصبح بإمكان الصناعات الآن تحقيق قياسات مستقرة وطويلة الأمد حتى في أكثر البيئات انعكاسًا.
عند اختيار جهاز إرسال مستوى الرادار للخزانات المعدنية، لا ينبغي مراعاة التردد فحسب، بل أيضًا خبرة المورّد في خوارزميات قمع المسارات المتعددة. هذا هو الفرق بين القياسات غير المستقرة والتحكم المستمر والموثوق في العمليات.