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定華雷達知識講堂|調頻連續波雷達簡介

一直以來,工業生產場合里儲罐內介質的計量方面,都是一個比較困難的問題。大多是安裝了液位測量的儀表,但是由于技術原因,這些儀表也只能用于監控,不能用于計量。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換成液位信號,但是精度無法達到計量的要求。從20世紀80年代開始,采用電磁波技術的雷達液位計,開始用于液位測量,其精度只能達到10~15mm,也滿足不了計量的要求。隨著技術的成熟,調頻連續波技術的雷達液位計出現,使雷達計量成為現實。我司研究生產的DHE-RD-5100系列FMCW調頻連續波雷達液位計已經可以達到±1mm的精度,滿足工業場合計量的要求。


定華雷達知識講堂|調頻連續波雷達簡介


一、調頻連續波雷達與普通雷達的區別


1.普通脈沖雷達(PTOF)


傳統的雷達物位計是利用超高頻電磁波經天線向被測容器的液面發射,當電磁波到達液面后反射回來,被同一天線接收并檢測出發射波及回波的時差,從而計算出液面高度。

雷達物位計采用發射--反射--接收的工作模式。雷達物位計的天線發射出電磁波,這些波經被測對象表面反射后,再被天線接收,電磁波從發射到接收的時間與到液面的距離成正比,關系式如下:

D=CT/2

式中 D——雷達物位計到液面的距離

C——光速

T——電磁波運行時間


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雷達物位計記錄脈沖波經歷的時間,而電磁波的傳輸速度為常數,則可算出液面到雷達天線的距離,從而知道液面的液位。

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


2.調頻連續波雷達(FMCW)


我司最新研發的調頻連續波雷達,該信號從天線發出,經被測介質反射后,回波由天線接收。發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后頻率差唄轉化為頻譜差,進而換算出測量距離??偭砍虦p去測量距離,即為實際的液位高度。


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二、普通脈沖雷達與調頻連續波雷達的比較


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

采用普通脈沖雷達測量的雷達僅在很少的工作時間內向振蕩系統供電,采用調頻連續波雷達的雷達液位計在整個工作過程期間,約有一半的時間需向振蕩系統供電。

普通脈沖的雷達液位計制造成本相對較低,調頻連續波的雷達液位計制造成本相對較高。

對于普通脈沖雷達,精度一般可以達到±3~±10mm;對于調頻連續波雷達,精度可以達到±1mm。

對于普通脈沖雷達,量程一般可以達到30M;對于調頻連續波雷達,量程最大可以達到超過100M。

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


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