雷达液位计探讨及应用举例

    随着石化行业的不断发展,雷达液位计的应用也越来越广泛,本文探讨一下雷达液位计的测量原理、安装事项及应用举例。

    1　测量原理

    雷达液位计有2种工作模式,分别对应着两种测量原理。

    1.1　脉冲波方式

    天线周期地发射微波脉冲,在被测物料表面产生反射,并被雷达系统所接收。天线接收反射的微波脉冲并将其传给电子线路,微处理器对此信号进行处理,识别出微波脉冲在物料表面所产生的回波,并据此计算物位(如图1所示)。

   图1中,雷达液位计与物料表面的距离H(以雷达液位计的过程连接处作为测量参考点)与天线发射的微波脉冲的时间行程t成正比,则

    H = ct/2              (1)

式中　c———光速。

    物位L为

    L = F-H              (2)

    若仪表为模拟输出,则F和D分别对应4 mA和20 mA;若仪表为数字输出,则F和D分别对应0和100%。

    1.2　调频连续波方式(FMCW)

    天线发射的微波是频率被线性调制的连续波,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。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2所示。

    发射频率随时间线性增加,增益为s,当发射出去的连续波遇到液面反射时,反射回来的信号频率比发射信号滞后了Δt。

    由于回波信号频率的滞后,使得反射信号频率与发射信号频率之间的差频为

    Δf = sΔt                 (3)

    将式(1)式(3)两式合并后可以得到

    H = cΔf/2s           (4)

    显然H与Δf是成正比的,反射液面离雷达液位计的距离越远,Δf越大。

    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H。

    综上所述,两种工作原理的不同导致最终的测量精度也有所不同。脉冲波方式测量线路简单,因此当物位量程较低时(比如10 m以内),精度较高;当物位量程较高时(比如大于10 m),精度则相应降低。FMCW方式测量线路较复杂,因而测量精确度较高,同时干扰回波也较易去除,一般用于较高端的应用场合,可作为计量级仪表使用。