Радарные уровнемеры серии УЛМ построены по принципу действия ЛЧМ-радиолокатора, этот принцип более известен в иностранной транскрипции - FMCW (в дальнейшем будем пользоваться этой аббревиатурой).
Непрерывный принцип (FMCW) наиболее оптимален для высокоточных измерений и измерений уровня в условиях слабых отражений, он позволяет заметно повысить качество измерения уровня, увеличить точность измерения уровня, минимизировать влияние паразитных помех и помех связанных с неровностями (волнениями) поверхности измеряемого продукта, увеличить стабильность измерений по сравнению с другими методами (импульсными).
Датчик уровня уровнемера УЛМ устанавливается на крыше резервуара. Микроволновой генератор датчика уровня (рис.1) формирует радиосигнал, частота которого изменяется во времени по линейному закону рис.2 (линейный частотно-модулированный сигнал). Этот сигнал излучается в направлении продукта, отражается от него и часть сигнала, через определенное время, зависящее от скорости света, возвращается обратно в антенну.
Рис.1
Разница частоты переданного и отраженного сигнала f1 (рис.2) пропорциональна времени распространения электромагнитной волны t1 до продукта и обратно. Зная, что скорость распространения волны равна скорости света и зная время распространения можно легко вычислить расстояние от антенны до продукта (отражателя).
Рис.2
Но это идеальный случай возможный только при наличии идеального отражателя. В реальности же, в резервуаре могут быть посторонние конструкции, на поверхности продукта могут быть волнения, поверхность продукта может быть не ровная (сыпучий продукт) и т.д. В этом случае, картина отраженного сигнала может быть совсем другой (рис.3).
Рис.3
В данном случае невозможно определить разницу частот простым вычитанием - нет единого значения. Поэтому применяется более сложная операция смешения излученного и принятого сигнала. В результате получается не число, а низкочастотный результирующий "сигнал" в котором присутствуют и полезные и паразитные частоты.
Рис.4
Дальнейшая обработка сигнала осуществляется микропроцессорной системой датчика уровня и заключается в точном определении частоты полезного сигнала и пересчете ее значения в значение уровня наполнения резервуара.
Для этого, результирующий сигнал, полученный в результате смешения переданного и принятого сигнала, подвергают спектральному анализу. При помощи методов цифровой обработки частотный сигнал преобразуется в спектральную картину (рис.5).
Рис.5
После этого осуществляется точное определение частоты f полезного сигнала и пересчет ее в значение расстояния от антенны датчика уровня до поверхности продукта. А для получения значения уровня наполнения, значение дальности вычитают из высоты установки датчика уровня введенной в уровнемер.