雷達(dá)料位計(jì)的測量原理與分類
什么是雷達(dá)料位計(jì)，顧名思義，雷達(dá)指通過空間傳播發(fā)射和接收電磁波的液位測量儀表，導(dǎo)波雷達(dá)則是通過波導(dǎo)體傳導(dǎo)來發(fā)射和接收電磁波的液位測量儀表。
測量原理雷達(dá)物位計(jì)主要由雷達(dá)探測器（一次表）和雷達(dá)顯示儀（二次表）組成。雷達(dá)探測器主要由主體、連接法蘭和天線三部分組成。天線分為喇叭型和直接與波導(dǎo)管連接兩種形式。雷達(dá)顯示儀提供連接上位計(jì)算機(jī)的RS-485接口，可以傳遞物位等參數(shù)及報(bào)警信號(hào)，亦可通過上位計(jì)算機(jī)對(duì)智能雷達(dá)顯示儀進(jìn)行控制。
雷達(dá)探測器采用的是線性調(diào)頻連續(xù)波測距原理：天線發(fā)射的微波是頻率波線性調(diào)制的連續(xù)波，當(dāng)回波被天線接收到時(shí)，天線發(fā)射頻率已經(jīng)改變。根據(jù)回波與發(fā)射波的頻率差可以計(jì)算出物料面的距離。FMCW方式測量線路較復(fù)雜，從而測量精確度較高，同時(shí)干擾回波也較易去除，一般用于較高端的測量方案。雷達(dá)探測器的主體中包括微波信號(hào)源、信號(hào)處理部分。工作過程中，微波信號(hào)源輸出一個(gè)波幅恒定的線性調(diào)頻的微波信號(hào)，其產(chǎn)生的頻率輸出如圖1所示：

發(fā)射頻率隨時(shí)間線性增加，增加的斜率為k，當(dāng)發(fā)射出去的連續(xù)波遇到液面發(fā)射時(shí)，發(fā)射回來的信號(hào)頻率如圖1中點(diǎn)劃線所示，它比發(fā)射信號(hào)滯后了一定時(shí)間τ。
根據(jù)微波傳播原理知道：
        τ＝2R/C                               （1）
式中C是微波在空間中的傳播速度3×108km/s，R是液面距雷達(dá)物位儀的距離。
由于回波信號(hào)頻率的滯后，使得反射頻率與發(fā)射信號(hào)頻率之間的差頻為：
 f=kτ                                 （2）
將以上兩式合并后可以得到：
R=C×f/2k
顯然R與f是成正比的，反射液面離物位儀的距離越遠(yuǎn)所產(chǎn)生的差頻頻率f越大，因此可計(jì)算天線到反射面的距離。
信號(hào)處理部分則對(duì)回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的混合信號(hào)進(jìn)行處理，通過測量混合信號(hào)頻譜，用快速傅立葉變換（FFT）來計(jì)算混合信號(hào)，從中對(duì)混合信號(hào)頻譜進(jìn)行分析，排除掉干擾信號(hào)，然后確定天線到反射界面的距離，從而完成測量。
2.2 優(yōu)點(diǎn)特性
雷達(dá)物位計(jì)采用非接觸式測量方法。目前較成熟的非接觸測量技術(shù)有超聲波、核輻射和微波。而在化工、石化等過程工業(yè)領(lǐng)域，由于被測介質(zhì)普遍存在高溫、高壓、腐蝕、揮發(fā)、冷凝等復(fù)雜工況，且對(duì)測量儀表有防爆要求。相比與超聲波，微波傳播的自身特點(diǎn)決定了雷達(dá)物位計(jì)的使用優(yōu)勢：
1) 定向傳播。
2) 準(zhǔn)光學(xué)特性。
3) 傳輸特性好。
4) 介質(zhì)對(duì)微波吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例。
由其自身特性決定，雷達(dá)物位計(jì)在使用上具有以下優(yōu)勢：
1) 連續(xù)準(zhǔn)確測量：由于雷達(dá)物位計(jì)不與被測介質(zhì)接觸，且受溫度、壓力、氣體等影響非常小。
2) 維護(hù)方便，操作簡單：雷達(dá)物位計(jì)具有故障報(bào)警及自診斷功能。
3) 適用范圍廣：非接觸式測量，方向性好，傳輸損耗小，可測介質(zhì)多。
4) 安裝簡單：在各行業(yè)應(yīng)用中，雷達(dá)物位計(jì)可直接安裝到儲(chǔ)罐頂部，安裝十分簡單。
雷達(dá)物位計(jì)通常分為脈沖雷達(dá)和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)（FMCW）兩種。脈沖雷達(dá)的工作模式與超聲物位計(jì)相似:天線周期地發(fā)射微波脈沖，并接收物料面回波，同時(shí)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行分析處理，確認(rèn)有效回波，據(jù)之計(jì)算物位。線性調(diào)頻連續(xù)波測距原理：天線發(fā)射的微波是頻率波線性調(diào)制的連續(xù)波，當(dāng)回波被天線接收到時(shí)，天線發(fā)射頻率已經(jīng)改變。根據(jù)回波與發(fā)射波的頻率差可以計(jì)算出物料面的距離。E+H公司的雷達(dá)物位計(jì)基本采用脈沖雷達(dá)原理。西門子公司LR400系列采用調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)原理，LR300系列采用脈沖雷達(dá)原理。雷達(dá)料位計(jì)的測量原理與分類

2.3 特性分類按發(fā)射雷達(dá)波的頻率分，可分為高頻雷達(dá)和低頻雷達(dá)。高頻雷達(dá)發(fā)射的20GHz以上的高頻微波，根據(jù)波的特性：速度=波長*頻率，我們可以得知24GHz高頻的微波的波長較其他頻段的雷達(dá)波的波長要短的多。一般的講，固體料面的形狀是傾斜而且粗糙的，較小的波長可以最大程度上保證發(fā)射出去的雷達(dá)波能夠在粗糙的固體表面最大程度地被反射回雷達(dá)探頭。因而高頻雷達(dá)主要應(yīng)用于固體介質(zhì)和大量程場合的測量。低頻雷達(dá)發(fā)射微波頻率在100MHZ~6MHZ，主要應(yīng)用于液體介質(zhì)和小量程場合的測量。
按天線的形式分，可分為普通雷達(dá)和導(dǎo)波雷達(dá)。普通雷達(dá)發(fā)射的微波通過空間傳播。導(dǎo)波雷達(dá)則是通過波導(dǎo)體傳導(dǎo)來發(fā)射和接收電磁波的物位測量儀表。
導(dǎo)波雷達(dá)測量原理的基礎(chǔ)是電磁波的時(shí)域反射性，該原理用于物位測量時(shí)，微波發(fā)生器每秒中產(chǎn)生20萬個(gè)能量脈沖并發(fā)送入波導(dǎo)體，波導(dǎo)體與液體表面的接觸時(shí)，由于波導(dǎo)體在氣體中和液體中的導(dǎo)電性能大不相同，這種波導(dǎo)體導(dǎo)電性的改變使波導(dǎo)體的阻抗發(fā)生聚燃變化，從而產(chǎn)生一個(gè)物位反射原始脈沖
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