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定華雷達(dá)知識講堂|調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)簡介

閱讀:923        發(fā)布時(shí)間:2022-6-15

一直以來,工業(yè)生產(chǎn)場合里儲罐內(nèi)介質(zhì)的計(jì)量方面,都是一個(gè)比較困難的問題。大多是安裝了液位測量的儀表,但是由于技術(shù)原因,這些儀表也只能用于監(jiān)控,不能用于計(jì)量。最早采用的是壓力式液位傳感器,其原理就是把壓力信號轉(zhuǎn)換成液位信號,但是精度無法達(dá)到計(jì)量的要求。從20世紀(jì)80年代開始,采用電磁波技術(shù)的雷達(dá)液位計(jì),開始用于液位測量,其精度只能達(dá)到10~15mm,也滿足不了計(jì)量的要求。隨著技術(shù)的成熟,調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的雷達(dá)液位計(jì)出現(xiàn),使雷達(dá)計(jì)量成為現(xiàn)實(shí)。我司研究生產(chǎn)的DHE-RD-5100系列FMCW調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)液位計(jì)已經(jīng)可以達(dá)到±1mm的精度,滿足工業(yè)場合計(jì)量的要求。



一、調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)與普通雷達(dá)的區(qū)別


1.普通脈沖雷達(dá)(PTOF)


傳統(tǒng)的雷達(dá)物位計(jì)是利用超高頻電磁波經(jīng)天線向被測容器的液面發(fā)射,當(dāng)電磁波到達(dá)液面后反射回來,被同一天線接收并檢測出發(fā)射波及回波的時(shí)差,從而計(jì)算出液面高度。

雷達(dá)物位計(jì)采用發(fā)射--反射--接收的工作模式。雷達(dá)物位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波,這些波經(jīng)被測對象表面反射后,再被天線接收,電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液面的距離成正比,關(guān)系式如下:

D=CT/2

式中 D——雷達(dá)物位計(jì)到液面的距離

C——光速

T——電磁波運(yùn)行時(shí)間



雷達(dá)物位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時(shí)間,而電磁波的傳輸速度為常數(shù),則可算出液面到雷達(dá)天線的距離,從而知道液面的液位。

由于該液位計(jì)是靠時(shí)間來計(jì)算數(shù)值的,一般是采用時(shí)間拓展技術(shù),并采用多次測量求均值方法獲得最終結(jié)果;此技術(shù)決定了其精度為5~1mm。對于一些精度要求非常高的工況,這個(gè)精度距離達(dá)到計(jì)量的要求,還有一定差距。


2.調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)(FMCW)


我司最新研發(fā)的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá),該信號從天線發(fā)出,經(jīng)被測介質(zhì)反射后,回波由天線接收。發(fā)射的信號頻率與回波接收的頻率差與測量距離成正比。通過FFT后頻率差唄轉(zhuǎn)化為頻譜差,進(jìn)而換算出測量距離??偭砍虦p去測量距離,即為實(shí)際的液位高度。



二、普通脈沖雷達(dá)與調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的比較


對于普通脈沖雷達(dá),脈沖的時(shí)間行程可以直接返回到不受溫度影響的石英振蕩器。對于調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá),必須采用昂貴的振蕩器溫度穩(wěn)定裝置,或安裝內(nèi)部的參考源,通常需要不斷地進(jìn)行自動校準(zhǔn)。

采用普通脈沖雷達(dá)測量的雷達(dá)僅在很少的工作時(shí)間內(nèi)向振蕩系統(tǒng)供電,采用調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的雷達(dá)液位計(jì)在整個(gè)工作過程期間,約有一半的時(shí)間需向振蕩系統(tǒng)供電。

普通脈沖的雷達(dá)液位計(jì)制造成本相對較低,調(diào)頻連續(xù)波的雷達(dá)液位計(jì)制造成本相對較高。

對于普通脈沖雷達(dá),精度一般可以達(dá)到±3~±10mm;對于調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá),精度可以達(dá)到±1mm。

對于普通脈沖雷達(dá),量程一般可以達(dá)到30M;對于調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá),量程最大可以達(dá)到超過100M。

對于普通脈沖雷達(dá),測量介質(zhì)的揮發(fā),結(jié)晶等物理特性有可能對測量產(chǎn)生影響;對于調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá),其波束角更小,能量能更集中,穿透性更強(qiáng),適用于液面波動劇烈,帶攪拌等比較惡劣的工況。

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