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微波物位计工作原理

互联网 2012-07-24 09:34:38

微波物位计工作原理

 FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。FMCW 技术是在雷达物位测量设备中最早使用的技术。

  FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号,一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法,由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描,同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例关系。

  如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt,发射天线到介质表面的距离为R,C为光速。

  

那么我们可以得到:rt = 2R/C

 

  由于采用的是调频的微波信号,因此我们可得:rf = K×rt;

  两式合并后,我们得到公式:

  R = C× rf/2K (公式2)

  根据公式2,我们可以看到,天线到介质表面的距离R与发射频率和反射频率差rf成正比关系。

  信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理,得到混合信号频谱,并通过独立的快速傅立叶(FFT)变化来区分不同的频率信号,最后得到准确地数字回波信号,计算出天线到介质表面的距离。

  实际上,FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主:9到10GHz和24.5到25.5GHz。

  采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。被处理的信号与 一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。任何差值会自动得 到补偿,这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引起的可能的测量漂移。

  脉冲

  脉冲雷达物位计"> 雷达物位计,与超声波技术相似,使用时差原理计算到介质表面的距离。 设备传输固定频率的脉冲,然后接收并建立回波图形。信号的传播时间 直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同,雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来 “扫描”容器并得到完整的回波图。

  通常,采用脉冲方式的微波物位计的精度和可靠性都不如FMCW微波位计,但是脉冲物位计因为价格较FMCW低很多,因此是目前市场应用得最多的微波物位计。当然,很多生产厂商通过增强回波处理功能等方式大大提高了脉冲雷达的可靠性。

  导波雷达

  也被称作时域反射式雷达,即TDR。导波雷达是非接触式雷达和导波天线相结合的产物。它将微波信号发射到导波杆或缆上,使微波能量集中在导波杆或缆周围而不会“扩散”。它一般都是采用脉冲波,但也有采用连续波的。

  这种工作原理的测量方式使它具有了能够测量较低的介电常数的介质、能够有效的避开容器内干扰物的影响、不受水蒸汽的影响、可以用于测量固体等优点,但同时它像所有的接触式物位测量设备一样,具有易粘附、易磨损,甚至造成断缆、受粉尘影响较大的缺点。



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