幾種常見雷達物位計的測量與工作原理

雷達(da)(da)物(wu)位(wei)計從(cong)測(ce)量原理角度分為：脈沖型(xing)雷達(da)(da)物(wu)位(wei)計、調頻連(lian)續(xu)波雷達(da)(da)物(wu)位(wei)計。

脈沖(chong)型雷達物位(wei)計原理

雷(lei)(lei)達物位計天(tian)線(xian)發(fa)射極窄(zhai)的(de)微波(bo)(bo)脈(mo)(mo)沖(chong)（例如：6G頻率雷(lei)(lei)達，即：發(fa)送(song)一(yi)個(ge)△t時(shi)間（一(yi)般為1ns）的(de)脈(mo)(mo)沖(chong)，疊加(jia)6GHZ的(de)正弦波(bo)(bo)信(xin)號），這(zhe)個(ge)脈(mo)(mo)沖(chong)以光(guang)速(su)在空間傳播，碰到被測介質表面，其(qi)部分能量被反射回來，被同一(yi)天(tian)線(xian)接收。發(fa)射脈(mo)(mo)沖(chong)與(yu)接收脈(mo)(mo)沖(chong)的(de)時(shi)間間隔(ge)與(yu)天(tian)線(xian)到被測介質表面的(de)距離成(cheng)正比。

由于其發射脈沖(chong)與接收脈沖(chong)的時間間隔非(fei)常(chang)小，一般都采(cai)用時間拓展技(ji)術，并采(cai)用多次測(ce)量求(qiu)平(ping)均的方法(fa)獲得最終結果(guo)；這種測(ce)量技(ji)術決(jue)定(ding)了其精度為5~10mm。

脈沖雷達由于(yu)采用微波(bo)脈沖信號，是間(jian)斷(duan)性發(fa)射脈沖方式(shi)，所以，脈沖雷達可以做到功率比(bi)較低(di)，一(yi)般(ban)為0.5W內。可以很方便的實(shi)現(xian)本安設計(ji)。在設計(ji)中大都采用大電容(rong)充電方式(shi)，等電容(rong)充電到一(yi)定容(rong)量后，進(jin)行一(yi)次微波(bo)脈沖信號發(fa)射測量。這種設計(ji)方式(shi)決(jue)定了其在料(liao)位變化率比(bi)較快(kuai)的情況下(xia)，會出(chu)現(xian)鎖波(bo)現(xian)象。

調頻(pin)連續波(bo)型雷達物位計

相對于脈(mo)沖回波時間差方式的測(ce)量(liang)原理，調頻(pin)連續(xu)波型(xing)液位雷達(da)采用(yong)FMCW（頻(pin)率(lv)調制/連續(xu)波）體制，可以(yi)達(da)到計量(liang)級的測(ce)量(liang)精度。

圖2 調頻連續波(bo)型(xing)液位(wei)雷達工作(zuo)原理

其(qi)工(gong)作原理如圖2.安裝在罐頂液位計通過天線(xian)(xian)向(xiang)液面發(fa)射(she)經頻(pin)(pin)率(lv)調制的(de)(de)電(dian)磁(ci)波信號(hao)，被測表面返回的(de)(de)信號(hao)被發(fa)射(she)天線(xian)(xian)接(jie)收，并與天線(xian)(xian)發(fa)射(she)的(de)(de)瞬(shun)時(shi)頻(pin)(pin)率(lv)信號(hao)比較。由(you)于信號(hao)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)按(an)照一定規律不斷變化，因此比較信號(hao)頻(pin)(pin)率(lv)與天線(xian)(xian)到液面的(de)(de)直線(xian)(xian)距離成(cheng)比例(li)。

綜合測量信(xin)號與油罐形狀參數(shu)，進行幾何處理，就可以得到精確的液位高度和剩(sheng)余量信(xin)息。

雷(lei)達物(wu)位(wei)(wei)計(ji)(ji)從測量(liang)原理角度分為：脈沖型雷(lei)達物(wu)位(wei)(wei)計(ji)(ji)、調頻連續波雷(lei)達物(wu)位(wei)(wei)計(ji)(ji)。

脈(mo)沖型雷(lei)達物位計原(yuan)理

雷達物位計天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)發(fa)(fa)射(she)極窄的(de)微波脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)（例如：6G頻率(lv)雷達，即：發(fa)(fa)送一個(ge)△t時間（一般為(wei)1ns）的(de)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)，疊加6GHZ的(de)正弦波信號），這個(ge)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)以光速(su)在空間傳播，碰到(dao)被測介質(zhi)表面，其部分能量被反射(she)回(hui)來，被同一天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)接(jie)收(shou)(shou)。發(fa)(fa)射(she)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)與接(jie)收(shou)(shou)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)的(de)時間間隔與天(tian)(tian)線(xian)(xian)(xian)到(dao)被測介質(zhi)表面的(de)距離成(cheng)正比。

由于其發射脈沖與接收脈沖的時(shi)(shi)間(jian)(jian)間(jian)(jian)隔非(fei)常(chang)小，一般都采用時(shi)(shi)間(jian)(jian)拓展技(ji)術，并采用多次(ci)測量(liang)求(qiu)平均的方法獲(huo)得最終結果(guo)；這種測量(liang)技(ji)術決定了(le)其精度(du)為(wei)5~10mm。

脈(mo)沖(chong)(chong)雷達由于采用微波脈(mo)沖(chong)(chong)信號，是間斷性發射脈(mo)沖(chong)(chong)方式(shi)，所以，脈(mo)沖(chong)(chong)雷達可(ke)以做到(dao)功(gong)率(lv)比較(jiao)低，一(yi)般為0.5W內。可(ke)以很方便的實(shi)現本安設(she)(she)計(ji)。在(zai)設(she)(she)計(ji)中(zhong)大都采用大電(dian)容充(chong)電(dian)方式(shi)，等電(dian)容充(chong)電(dian)到(dao)一(yi)定(ding)容量后(hou)，進行一(yi)次微波脈(mo)沖(chong)(chong)信號發射測量。這(zhe)種設(she)(she)計(ji)方式(shi)決定(ding)了(le)其在(zai)料位變(bian)化率(lv)比較(jiao)快(kuai)的情況(kuang)下，會出現鎖波現象。

調頻連續波(bo)型雷(lei)達物位計

相對于脈沖(chong)回波(bo)時間差(cha)方式(shi)的測量(liang)(liang)原理，調頻連(lian)續(xu)波(bo)型液位雷達(da)采用FMCW（頻率調制(zhi)/連(lian)續(xu)波(bo)）體制(zhi)，可以達(da)到計量(liang)(liang)級的測量(liang)(liang)精度。

圖2 調頻(pin)連續波型(xing)液位雷達工作原理

其工作原(yuan)理如圖2.安裝在罐頂液位(wei)計通過天(tian)線(xian)向(xiang)液面(mian)(mian)發(fa)射(she)經頻(pin)(pin)率調制的(de)電磁波(bo)信(xin)(xin)號(hao)(hao)，被(bei)測(ce)表面(mian)(mian)返回的(de)信(xin)(xin)號(hao)(hao)被(bei)發(fa)射(she)天(tian)線(xian)接(jie)收，并與天(tian)線(xian)發(fa)射(she)的(de)瞬時(shi)頻(pin)(pin)率信(xin)(xin)號(hao)(hao)比(bi)較(jiao)。由于信(xin)(xin)號(hao)(hao)的(de)頻(pin)(pin)率按照一定(ding)規律(lv)不斷變化，因此比(bi)較(jiao)信(xin)(xin)號(hao)(hao)頻(pin)(pin)率與天(tian)線(xian)到液面(mian)(mian)的(de)直(zhi)線(xian)距離成比(bi)例。

綜(zong)合測(ce)量信號與油(you)罐形狀參數，進行幾何處理，就可以(yi)得(de)到精確(que)的(de)液位高(gao)度和剩(sheng)余量信息。

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