摘要:雷達(dá)液位計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。 介紹了一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的液位計(jì)。 簡(jiǎn)要介紹了雷達(dá)液位計(jì)的工作原理，分析了市場(chǎng)各類液位計(jì)的優(yōu)劣性，并進(jìn)行了相應(yīng)的性能分析和比較。 關(guān)鍵詞:雷達(dá)液位計(jì)、調(diào)頻連續(xù)波、微波

1 .引言自上世紀(jì)90年代以來(lái)，雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)入市場(chǎng)，測(cè)量精度高，采用了出類拔萃的耐高溫高壓能力和非接觸測(cè)量方式，設(shè)置簡(jiǎn)單，可靠性高，成為近十年來(lái)罐裝過(guò)程監(jiān)控的儀表。 液位計(jì)是工業(yè)測(cè)量不可或缺的重要儀表。 液位計(jì)的種類很多，根據(jù)媒體和現(xiàn)場(chǎng)條件，各種液位計(jì)各有優(yōu)勢(shì)，形成了多種局面。 罐容積大，要求液位計(jì)的精度高，以往多采用浮子鋼帶式液位計(jì)，伺服式和靜壓式也有一定的應(yīng)用量。 浮鋼帶式液位計(jì)的安裝復(fù)雜，可靠性低，靜壓式液位計(jì)對(duì)介質(zhì)密度和溫度的影響大，為了消除這些影響，完整的靜壓測(cè)量系統(tǒng)套件價(jià)格高，伺服式液位計(jì)精度高，但由于有機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，磨損問題不可避免，價(jià)格也高。 近年來(lái)出現(xiàn)的光纖液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、放射能液位計(jì)各有優(yōu)缺點(diǎn)，光纖液位計(jì)可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電檢測(cè)，安全性高，這是突出的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)仍有很多機(jī)械傳遞部件，故障率增加，安裝也變得復(fù)雜。 雖然磁致伸縮液位的精度高，但由于接觸的測(cè)量方式和高設(shè)置維護(hù)要求，市場(chǎng)并不普及。 超聲波液位計(jì)比雷達(dá)液位計(jì)精度稍低，但安裝簡(jiǎn)單，價(jià)格合理，在防爆領(lǐng)域，目前超聲波液位計(jì)的范圍是個(gè)問題，一般不到8米，遇到高溫罐問題更大。 由于放射性液位計(jì)有放射源，應(yīng)用需要特別認(rèn)可，應(yīng)用范圍受到限制。 雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)入市場(chǎng)后，憑借自身的優(yōu)勢(shì)迅速成為水平測(cè)量中的儀表。 本文重點(diǎn)介紹了無(wú)錫市雷華科技有限公司自主研制的調(diào)頻連續(xù)波國(guó)產(chǎn)雷達(dá)液位計(jì)。

2 .測(cè)量原理本雷達(dá)液位計(jì)主要由雷達(dá)探測(cè)器(一次表)和雷達(dá)顯示器(二次表)構(gòu)成。 雷達(dá)探測(cè)器主要由主體、連接法蘭和天線三部分組成。 天線有喇叭型和與波導(dǎo)管直接連接的類型。 雷達(dá)顯示器提供與上位計(jì)算機(jī)連接的RS-485接口，可以傳遞液位等參數(shù)和警報(bào)信號(hào)，或者使用上位計(jì)算機(jī)控制智能雷達(dá)顯示器。 雷達(dá)探測(cè)器采用啁啾連續(xù)波測(cè)距原理。 從天線發(fā)射的微波為頻率線性調(diào)制的連續(xù)波，當(dāng)天線接收回波時(shí)，天線的發(fā)射頻率發(fā)生變化。 可以根據(jù)回波與載波的頻率差來(lái)計(jì)算材料面的距離。 FMCW方式測(cè)量線路復(fù)雜，測(cè)量精度高，干擾回波也容易去除，因此一般被用于比較的測(cè)量方案。 雷達(dá)探測(cè)器的主體包括微波信號(hào)源、信號(hào)處理部。 在工作中，微波信號(hào)源輸出一定振幅啁啾的微波信號(hào)，其頻率輸出如下圖所示

圖1 :頻率調(diào)制連續(xù)波信號(hào)和回波信號(hào)示意圖

發(fā)射頻率隨時(shí)間線性增加，且增加的斜率為k。當(dāng)發(fā)射的連續(xù)波遇到液面發(fā)射時(shí)，所發(fā)射的信號(hào)的頻率選擇比發(fā)射信號(hào)延遲預(yù)定時(shí)間&tau，如圖1中的點(diǎn)劃線所示。 根據(jù)微波傳播原理，&tau； =2R/C (1)式中c是微波在空間中的傳播速度3×； 108km/s，r是從液面到雷達(dá)液位計(jì)的距離。 由于回波信號(hào)頻率的延遲，反射頻率與發(fā)送信號(hào)頻率的差頻率成為f=k&tau； (2)綜合上述2式，R=C×； 在f/2k中，r明顯與f成比例，反射液面與液面之間的距離越遠(yuǎn)，產(chǎn)生的差頻率f越大，因此能夠計(jì)算從天線到反射面的距離。 信號(hào)處理器處理回波信號(hào)與發(fā)送信號(hào)的混合信號(hào)，測(cè)量混合信號(hào)的頻譜，通過(guò)快速傅立葉變換( FFT )計(jì)算混合信號(hào)，分析混合信號(hào)的頻譜，去除干擾信號(hào)，并確定從天線到反射界面的距離，由此結(jié)束測(cè)量。

3 .優(yōu)點(diǎn)特性本雷達(dá)液位計(jì)采用非接觸式測(cè)量方法。 非接觸式測(cè)量方法是今年物位測(cè)量的主要方法，目前較成熟的非接觸式測(cè)量技術(shù)是超聲波、放射能、微波。 在化工、石油化學(xué)等工藝工業(yè)領(lǐng)域，被測(cè)介質(zhì)普遍存在高溫、高壓、腐蝕、揮發(fā)、凝結(jié)等復(fù)雜情況，對(duì)儀表有防爆要求。 與超聲波相比，微波傳播的特點(diǎn)決定了雷達(dá)液位計(jì)的使用優(yōu)勢(shì):1)定向傳播。 2 )準(zhǔn)直光學(xué)特性。 3 )傳輸特性良好。 4 )電介質(zhì)的微波吸收與電介質(zhì)的介電常數(shù)成正比。 其特性使雷達(dá)液位計(jì)在使用上具有以下優(yōu)點(diǎn):1)連續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量:雷達(dá)液位計(jì)不與被測(cè)介質(zhì)接觸，對(duì)溫度、壓力、氣體等的影響非常小。 2 )維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單:雷達(dá)液位計(jì)具有故障報(bào)警和自我診斷功能。 3 )適用范圍廣:非接觸測(cè)量、方向性好，傳輸損耗小，可測(cè)介質(zhì)多。 4 )設(shè)置簡(jiǎn)單:在各行業(yè)的應(yīng)用中，雷達(dá)液位計(jì)可直接設(shè)置在油箱上部，設(shè)置簡(jiǎn)單。

4 .市場(chǎng)分析1 )橫向比較雷達(dá)液位計(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)的工作模式與超聲波液位計(jì)相似:天線周期性發(fā)射微波脈沖，接收材料面回波，同時(shí)分析處理回波信號(hào)，確認(rèn)有效回波，并據(jù)此計(jì)算電平。 根據(jù)工作原理，只是兩種測(cè)量方式測(cè)量的zui的蕞終精度不同，脈沖雷達(dá)的測(cè)量精度比調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)( FMCW )差。 另外，從很多實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，脈沖雷達(dá)的測(cè)量精度和超聲波液位計(jì)的差別不大，但市場(chǎng)價(jià)格相當(dāng)高。 因此，用戶在具體選擇時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際需求選擇適合自己的經(jīng)濟(jì)高效的儀表。 2 )自身優(yōu)勢(shì)公司生產(chǎn)的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)液位計(jì)是中航雷達(dá)和電子設(shè)備研究院(原:航天工業(yè)部第607研究所)開發(fā)的產(chǎn)品。 我院是國(guó)家重點(diǎn)機(jī)載雷達(dá)研究院，其設(shè)備和人才實(shí)力極為雄厚，主要從事軍用、民用雷達(dá)系列電子產(chǎn)品的研究、開發(fā)和制造。 目前員工2800多人，其中工程師300多人，自然科學(xué)研究員50多人，科技人員占員工總數(shù)的60%以上。 中國(guó)*部軍用機(jī)火控雷達(dá)誕生于607所研究所，自建筑廠三十多年來(lái)，為國(guó)家防衛(wèi)生產(chǎn)了眾多新型機(jī)火控雷達(dá)，在國(guó)內(nèi)微波雷達(dá)產(chǎn)品開發(fā)上有實(shí)力。

公司作為中航雷達(dá)和電子設(shè)備研究院的對(duì)外窗口多年來(lái)致力于雷達(dá)液位計(jì)產(chǎn)品的專業(yè)開發(fā)、生產(chǎn)和銷售，自1998年國(guó)產(chǎn)雷達(dá)液位計(jì)開發(fā)成功以來(lái)，目前使用該產(chǎn)品的客戶已經(jīng)復(fù)蓋石油、化工、船舶、冶金、食品、污水處理等多個(gè)行業(yè)的知名企業(yè) 該雷達(dá)水平計(jì)劃是國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品* *圣火計(jì)劃項(xiàng)目，在全國(guó)第十三屆發(fā)展會(huì)上獲得金獎(jiǎng)。 其啁啾校正技術(shù)和自動(dòng)頻率跟蹤濾波技術(shù)獲得國(guó)家眾多項(xiàng)目，位于國(guó)內(nèi)ling的上位，目前已有700多套雷達(dá)液位計(jì)正常運(yùn)行在國(guó)內(nèi)外用戶中，其實(shí)益價(jià)格、嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量和完善，快速的銷售體系深受用戶信賴。

5 .結(jié)論近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)石油、化工、醫(yī)藥、食品等工藝工業(yè)領(lǐng)域的雷達(dá)液位計(jì)的需求也越來(lái)越大。 我們相信雷達(dá)液位計(jì)將有更好的明天，我們將提高目前雷達(dá)液位計(jì)的技術(shù)水平，開發(fā)新的液位計(jì)，為用戶提供更好的服務(wù)。 國(guó)產(chǎn)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雷達(dá)液位計(jì)問世，為國(guó)內(nèi)外用戶提供了更大的選擇空間，為他們優(yōu)化成本，合理配置資源提供了更大的便利。

以上就是雷達(dá)液位計(jì)量表的技術(shù)數(shù)據(jù)文章的全部?jī)?nèi)容