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雷达料位计的测量原理与分类

雷达料位计的测量原理与分类
什么是雷达料位计,顾名思义:顾名思义,雷达指通过空间传播发射和接收电磁波的液位测量仪表,导波雷达则是通过波导体传导来发射和接收电磁波的液位测量仪表。
测量原理雷达物位计主要由雷达探测器(一次表)和雷达显示仪(二次表)组成。雷达探测器主要由主体、连接法兰和天线三部分组成。天线分为喇叭型和直接与波导管连接两种形式。雷达显示仪提供连接上位计算机的RS-485接口,可以传递物位等参数及报警信号,亦可通过上位计算机对智能雷达显示仪进行控制。
雷达探测器采用的是线性调频连续波测距原理:天线发射的微波是频率波线性调制的连续波,当回波被天线接收到时,天线发射频率已经改变。根据回波与发射波的频率差可以计算出物料面的距离。FMCW方式测量线路较复杂,从而测量**度较高,同时干扰回波也较易去除,一般用于较优异的测量方案。雷达探测器的主体中包括微波信号源、信号处理部分。工作过程中,微波信号源输出一个波幅恒定的线性调频的微波信号,其产生的频率输出如图1所示:

发射频率随时间线性增加,增加的斜率为k,当发射出去的连续波遇到液面发射时,发射回来的信号频率如图1中点划线所示,它比发射信号滞后了一定时间τ。
根据微波传播原理知道:
        τ=2R/C                               (1)
式中C是微波在空间中的传播速度3×108km/s,R是液面距雷达物位仪的距离。
由于回波信号频率的滞后,使得反射频率与发射信号频率之间的差频为:
 f=kτ                                 (2)
将以上两式合并后可以得到:
R=C×f/2k
显然R与f是成正比的,反射液面离物位仪的距离越远所产生的差频频率f越大,因此可计算天线到反射面的距离。
信号处理部分则对回波信号与发射信号的混合信号进行处理,通过测量混合信号频谱,用快速傅立叶变换(FFT)来计算混合信号,从中对混合信号频谱进行分析,排除掉干扰信号,然后确定天线到反射界面的距离,从而完成测量。
2.2 优点特性
雷达物位计采用非接触式测量方法。目前较成熟的非接触测量技术有超声波、核辐射和微波。而在化工、石化等过程工业领域,由于被测介质普遍存在高温、高压、腐蚀、挥发、冷凝等复杂工况,且对测量仪表有防爆要求。相比与超声波,微波传播的自身特点决定了雷达物位计的使用优势:
1) 定向传播。
2) 准光学特性。
3) 传输特性好。
4) 介质对微波吸收与介质的介电常数成比例。
由其自身特性决定,雷达物位计在使用上具有以下优势:
1) 连续准确测量:由于雷达物位计不与被测介质接触,且受温度、压力、气体等影响非常小。
2) 维护方便,操作简单:雷达物位计具有故障报警及自诊断功能。
3) 适用范围广:非接触式测量,方向性好,传输损耗小,可测介质多。
4) 安装简单:在各行业应用中,雷达物位计可直接安装到储罐顶部,安装十分简单。
雷达物位计通常分为脉冲雷达和调频连续波雷达(FMCW)两种。脉冲雷达的工作模式与超声物位计相似:天线周期地发射微波脉冲,并接收物料面回波,同时对回波信号进行分析处理,确认有效回波,据之计算物位。线性调频连续波测距原理:天线发射的微波是频率波线性调制的连续波,当回波被天线接收到时,天线发射频率已经改变。根据回波与发射波的频率差可以计算出物料面的距离。E+H公司的雷达物位计基本采用脉冲雷达原理。西门子公司LR400系列采用调频连续波雷达原理,LR300系列采用脉冲雷达原理。雷达料位计的测量原理与分类

2.3 特性分类按发射雷达波的频率分,可分为高频雷达和低频雷达。高频雷达发射的20GHz以上的高频微波,根据波的特性:速度=波长*频率,我们可以得知24GHz高频的微波的波长较其他频段的雷达波的波长要短的多。一般的讲,固体料面的形状是倾斜而且粗糙的,较小的波长可以*大程度上保证发射出去的雷达波能够在粗糙的固体表面*大程度地被反射回雷达探头。因而高频雷达主要应用于固体介质和大量程场合的测量。低频雷达发射微波频率在100MHZ~6MHZ,主要应用于液体介质和小量程场合的测量。
按天线的形式分,可分为普通雷达和导波雷达。普通雷达发射的微波通过空间传播。导波雷达则是通过波导体传导来发射和接收电磁波的物位测量仪表。
导波雷达测量原理的基础是电磁波的时域反射性,该原理用于物位测量时,微波发生器每秒中产生20万个能量脉冲并发送入波导体,波导体与液体表面的接触时,由于波导体在气体中和液体中的导电性能大不相同,这种波导体导电性的改变使波导体的阻抗发生聚燃变化,从而产生一个物位反射原始脉冲
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