雷达物位计的测量原理与分类

　　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，从而测量精确度较高，同时干扰回波也较易去除，一般用于较高端的测量方案。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。

　　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，较小的波长可以最大程度上保证发射出去的雷达波能够在粗糙的固体表面最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。