导波雷达物位计的工作原理?

导波雷达物位计的工作原理?

盛恩自动化
工作原理：导波雷达物位计是一种微波物位计,它是微波（雷达）定位技术的一种运用.它是通过一个可以发射能量波（一般为脉冲信号）的装置发射能量波,能量波在波导管中传输,能量波遇到障碍物反射,反射的能量波由波导管传输至接收装置,再由接收装置接收反射信号.根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况.由电子装置对微波信号进行处理,最终转化成与物位相关的电信号.

雷达物位计(导波雷达物位计)

  非接触物位测量中，雷达技术的应用近年来获得快速发展。超声波物位计中换能器是眼睛，而雷达物位计中高频头和天线是眼睛，回波处理是物位计的大脑。雷达物位计继承了超声波物位计的回波处理技术。 

  雷达物位计发出的电磁波碰到被测介质被反射，反射回波的质量反映了物位计应用效果。回波质量定义为最小回波幅度（在最恶劣条件下回波幅度）比最大噪声幅度（虚假回波、多径反射波等的幅度）。回波质量数值越大，物位计应用效果越好。  

  回波强度主要受以下因素影响 

  传播介质介电常数越稳定越有利于传播。雷达波是电磁波，电磁波在传播过程中不受传播介质稳定程度的影响，只与其介电常数有关。这是雷达技术与超声波技术的重大区别。 

  被测介质表面越平整，其介电常数越大越有利于回波反射。 

  所以考虑现场工况时，应特别注意这两个方面：（1）天线到被测介质间空气介电常数的分布（2）被测介质的表面状态及其介电常数。 

  雷达物位计的优点是：不受空气波动影响，随距离衰减小，穿透力强。 

  雷达的局限性：1）影响雷达的性能是介电常数，理论上在真空中雷达衰减极小，当空气中存在对雷达衰减物质，例如：含高介电性的粉尘粉末（石墨，铁合金等），水蒸气很大，测量距离和效果要受影响。2）被测介质的挥发气体会在天线上聚集，水蒸汽会在天线上聚结，此时，会影响雷达波发射，严重时雷达波不能发出。3）被测介质的介电常数不能太小。4）尽管温度和压力对雷达影响极小，但雷达天线是由材料做成，雷达可适应温度和压力的范围与使用的材料和密封结构有关。 

  雷达物位计目前已成为市场上的主流产品，而低频率雷达物位计尽管具有价格相对低廉的优点，但在主要应用领域中，属于逐渐被淘汰的产品。从超声波物位计的应用中得知，要获得比较好的回波，换能器工作频率大约40KHz，波长大约9mm，这时发射波的开角为7°-8°。工作频率越高，其开角越小，但其量程较小。与超声波类比，雷达物位计要获得上述效果的回波，其工作频率应为26GHz，此时，其波长为11mm。当用口径为100mm的喇叭时，可获得7°-8°开角的发射波。若雷达工作频率是6GHz，则相当于超声波的工作频率为10KHz。而工作频率为10kHz的超声波物位计在物位测量中各项指标都很不理想，特别不适于固体料位的测量。与低频率雷达相比，高频雷达有以下优点： 

  1）高频雷达物位计（主要指26GHz和24GHz）具有能量高，波束角小（一般Φ95的喇叭天线的波束角为8o，而6GHz低频脉冲雷达的喇叭天线直径为Φ246时，波束角为15o），天线尺寸小，精度高等优点。 

  2）26GHz雷达波长11mm，6GHz雷达波长50mm，雷达测量散装料位时，雷达波反射主要来自料面的漫反射，漫反射的强度与物料大小成正比，与波长成反比，而大部份散装料直径远远小于50mm，这就是为什么目前26GHz雷达是散装料物位测量的最佳选择。 

  3）在一些直径小高度矮的小罐应用中， 6GHz雷达天线长（300-400mm）无形中增大了盲区（大约600mm），由于6GHz雷达方向性差（开角大）在小罐中会产生多径反射；26GHz雷达频率高频，天线短，方向性好，克服了6GHz雷达的缺点，适用于小罐测量。 

  4）由于现场环境恶劣，随着时间推移，雷达天线会堆积污物、水汽等，26GHz雷达天线小，加天线罩可大大改善污物、水汽影响；6GHz雷达天线大，加天线罩很困难。且仪表较沉重，清理困难。 

  5）由于26GHz雷达方向性好，很多恶劣工况，可通过简单隔离，将雷达装在容器外进行测量。 

  目前，26GHz雷达物位计的价格已与6GHz雷达物位计价格相当，这更促进了26GHz雷达物位计的应用。 可以预见，6GHz雷达物位计市场占有率会大大降低。随着技术的进步，我们期待更高频率（如：90GHz）、更小开角（如：2°，3°）、更小体积的雷达物位计的面世。我们将在此领域中不懈地努力，将雷达物位测量做到极致。 

  导波雷达物位计——非接触雷达物位测量的补充 

  导波雷达物位计发射脉冲电磁场，以导波缆为中心100mm为半径，沿缆向前传播，遇介质返回。除有非接触雷达的特点以外，导波雷达方向性好，频率低（500M-1GHz）穿透性好。缺点是显然的，尤其在固体测量中，调试维修都不方便，经常会磨损，甚至断缆。可利用导波雷达物位计低频的穿透性实现某些特殊应用。如：油水界面；以及利用缆的末端反射测量介电常数非常小的粉末（除尘粉仓）粉位测量等。 

在高温、高压工况条件下，导波雷达物位计与脉冲（非接触）雷达物位计相比更具优势。脉冲雷达天线由不锈钢和PTFE构成，而PTFE最高使用温度200°，最高压力4MP。当导波雷达用不锈钢和陶瓷构成时，最高使用温度400°，最高压力40MP。 

注意事项： 介质介电常数、下料口位置、如果一旦工况介电常数低，高粉尘浓度，建议更换重锤式或用3D物位扫描仪吧（主要针对高粉尘工况，打破物位测控瓶颈的产品）！