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雷達(dá)液位計(jì)的應(yīng)用
武漢海瑞特自動(dòng)化工程有限公司
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<br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20061212918588532.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20061212918588532.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 國(guó)產(chǎn)雷達(dá)液位計(jì)</P><P> ――-國(guó)產(chǎn)唯一自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),采用調(diào)頻連續(xù)波測(cè)量方式的雷達(dá)液位計(jì)</P><P> 摘要:雷達(dá)液位計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)應(yīng)用廣泛。本文介紹了一種調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)液位計(jì)。簡(jiǎn)單介紹了雷達(dá)液位計(jì)的工作原理,分析了市場(chǎng)上各類(lèi)物位儀表的優(yōu)劣性,并做了相應(yīng)的性能分析和比較。<BR> 關(guān)鍵詞:雷達(dá)液位計(jì),調(diào)頻連續(xù)波,微波</P><P> 1. 引言<BR> 自上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái),雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)入市場(chǎng),由于測(cè)量精度高、超群的耐高溫高壓的能力以及采用了非接觸的測(cè)量方式使安裝使用簡(jiǎn)易方便,其較高的可靠性成為近十年來(lái)罐區(qū)液位過(guò)程監(jiān)測(cè)的首選儀表。<BR> 液位儀表是工業(yè)測(cè)量中不可缺少的重要儀表。液位儀表的種類(lèi)繁多,根據(jù)介質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)條件的不同,各類(lèi)液位計(jì)各具優(yōu)勢(shì),形成一個(gè)多元化的局面。罐區(qū)儲(chǔ)罐由于其容積較大,要求液位計(jì)的精度較高,過(guò)去大多用浮子鋼帶式液位計(jì),伺服式和靜壓式也有一定應(yīng)用量。浮子鋼帶式液位計(jì)安裝復(fù)雜,可靠性較低,靜壓式液位計(jì)受介質(zhì)密度和溫度影響很大,為消除這些影響,一套完善的靜壓測(cè)量系統(tǒng)其價(jià)格也很高;伺服式液位計(jì)精度較高,但由于其有機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),不可避免帶來(lái)磨損問(wèn)題,同時(shí)價(jià)格也偏高。近年來(lái)出現(xiàn)的光纖液位計(jì)、磁致伸縮液位、超聲波液位計(jì)以及核輻射液位計(jì)各具其優(yōu)缺點(diǎn),光纖液位計(jì)可以做到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)電檢測(cè),安全性好,這是其突出的優(yōu)勢(shì),缺點(diǎn)是仍然有很多機(jī)械傳動(dòng)部件,故障率就會(huì)增加,安裝也復(fù)雜些。磁致伸縮液位精度較高,但由于其接觸的測(cè)量方式和較高的安裝、維護(hù)要求導(dǎo)致市場(chǎng)普及不廣。超聲波物位計(jì)雖精度較雷達(dá)液位計(jì)略低,但其安裝簡(jiǎn)單價(jià)格適中,在防爆領(lǐng)域,目前超聲波液位儀的量程是一個(gè)問(wèn)題,一般小于8米,遇到高溫罐,問(wèn)題也會(huì)更大。核輻射液位計(jì)因有放射源,應(yīng)用需特別批準(zhǔn),應(yīng)用范圍受到限制。而雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)入市場(chǎng)后,由于自身的優(yōu)勢(shì)迅速成為液位測(cè)量中的首選儀表。<BR> 本文著重介紹的是珠?祵毴R儀表有限公司自行研發(fā)設(shè)計(jì)的調(diào)頻連續(xù)波國(guó)產(chǎn)雷達(dá)液位計(jì)。</P><P> 2. 測(cè)量原理<BR> 本雷達(dá)液位計(jì)主要由雷達(dá)探測(cè)器(一次表)和雷達(dá)顯示儀(二次表)組成。雷達(dá)探測(cè)器主要由主體、連接法蘭和天線(xiàn)三部分組成。天線(xiàn)分為喇叭型和直接與波導(dǎo)管連接兩種形式。雷達(dá)顯示儀提供連接上位計(jì)算機(jī)的RS-485接口,可以傳遞液位等參數(shù)及報(bào)警信號(hào),亦可通過(guò)上位計(jì)算機(jī)對(duì)智能雷達(dá)顯示儀進(jìn)行控制。<BR> 雷達(dá)探測(cè)器采用的是線(xiàn)性調(diào)頻連續(xù)波測(cè)距原理:天線(xiàn)發(fā)射的微波是頻率波線(xiàn)性調(diào)制的連續(xù)波,當(dāng)回波被天線(xiàn)接收到時(shí),天線(xiàn)發(fā)射頻率已經(jīng)改變。根據(jù)回波與發(fā)射波的頻率差可以計(jì)算出物料面的距離。FMCW方式測(cè)量線(xiàn)路較復(fù)雜,從而測(cè)量精確度較高,同時(shí)干擾回波也較易去除,一般用于較高端的測(cè)量方案。雷達(dá)探測(cè)器的主體中包括微波信號(hào)源、信號(hào)處理部分。工作過(guò)程中,微波信號(hào)源輸出一個(gè)波幅恒定的線(xiàn)性調(diào)頻的微波信號(hào),其產(chǎn)生的頻率輸出如下圖所示:</P><P> 圖1:調(diào)頻性連續(xù)波信號(hào)與回波信號(hào)示意圖<BR> 發(fā)射頻率隨時(shí)間線(xiàn)性增加,增加的斜率為k,當(dāng)發(fā)射出去的連續(xù)波遇到液面發(fā)射時(shí),發(fā)射回來(lái)的信號(hào)頻率如圖1中點(diǎn)劃線(xiàn)所示,它比發(fā)射信號(hào)滯后了一定時(shí)間τ。<BR> 根據(jù)微波傳播原理知道:<BR> τ=2R/C (1)<BR> 式中C是微波在空間中的傳播速度3×108km/s,R是液面距雷達(dá)液位儀的距離。<BR> 由于回波信號(hào)頻率的滯后,使得反射頻率與發(fā)射信號(hào)頻率之間的差頻為:<BR> f=kτ (2)<BR> 將以上兩式合并后可以得到:<BR> R=C×f/2k<BR> 顯然R與f是成正比的,反射液面離液位儀的距離越遠(yuǎn)所產(chǎn)生的差頻頻率f越大,因此可計(jì)算天線(xiàn)到反射面的距離。<BR> 信號(hào)處理部分則對(duì)回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的混合信號(hào)進(jìn)行處理,通過(guò)測(cè)量混合信號(hào)頻譜,用快速傅立葉變換(FFT)來(lái)計(jì)算混合信號(hào),從中對(duì)混合信號(hào)頻譜進(jìn)行分析,排除掉干擾信號(hào),然后確定天線(xiàn)到反射界面的距離,從而完成測(cè)量。</P><P> 3. 優(yōu)點(diǎn)特性<BR> 本雷達(dá)液位計(jì)采用非接觸式測(cè)量方法。非接觸式測(cè)量方法是今年來(lái)測(cè)量物位的主要方法,目前較成熟的非接觸測(cè)量技術(shù)有超聲波、核輻射和微波。而在化工、石化等過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域,由于被測(cè)介質(zhì)普遍存在高溫、高壓、腐蝕、揮發(fā)、冷凝等復(fù)雜工況,且對(duì)測(cè)量?jī)x表有防爆要求。相比與超聲波,微波傳播的自身特點(diǎn)決定了雷達(dá)液位計(jì)的使用優(yōu)勢(shì):<BR> 1) 定向傳播。<BR> 2) 準(zhǔn)光學(xué)特性。<BR> 3) 傳輸特性好。<BR> 4) 介質(zhì)對(duì)微波吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例。<BR> 由其自身特性決定,雷達(dá)液位計(jì)在使用上具有以下優(yōu)勢(shì):<BR> 1) 連續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量:由于雷達(dá)液位計(jì)不與被測(cè)介質(zhì)接觸,且受溫度、壓力、氣體等影響非常小。<BR> 2) 維護(hù)方便,操作簡(jiǎn)單:雷達(dá)液位計(jì)具有故障報(bào)警及自診斷功能。<BR> 3) 適用范圍廣:非接觸式測(cè)量,方向性好,傳輸損耗小,可測(cè)介質(zhì)多。<BR> 4) 安裝簡(jiǎn)單:在各行業(yè)應(yīng)用中,雷達(dá)液位計(jì)可直接安裝到儲(chǔ)罐頂部,安裝十分簡(jiǎn)單。</P><P> 4. 市場(chǎng)分析<BR> 1)橫向比較<BR> 雷達(dá)液位計(jì)通常分為脈沖雷達(dá)和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)(FMCW)兩種。脈沖雷達(dá)的工作模式與超聲物位計(jì)相似:天線(xiàn)周期地發(fā)射微波脈沖,并接收物料面回波,同時(shí)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行分析處理,確認(rèn)有效回波,據(jù)之計(jì)算物位。正是由于工作原理的不同,導(dǎo)致兩者測(cè)量方式測(cè)量的最終精度也有所不同,脈沖雷達(dá)的測(cè)量精度不如調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)(FMCW)。而且,從大量的實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看,脈沖雷達(dá)的測(cè)量精度跟超聲波液位計(jì)的差不太多,而市場(chǎng)價(jià)格卻高出不少。因此,用戶(hù)在具體選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇適合自己的性?xún)r(jià)比較好的儀表。<BR> 2)自身優(yōu)勢(shì)<BR> 珠海康寶萊儀表有限公司生產(chǎn)的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)液位計(jì),是由中航雷達(dá)與電子設(shè)備研究院(原:航空航天工業(yè)部第607研究所)研制的產(chǎn)品。該院是國(guó)家重點(diǎn)機(jī)載雷達(dá)研究院,其設(shè)備和人才上的實(shí)力極為雄厚,主要從事軍用、民用雷達(dá)系列電子產(chǎn)品的研究、開(kāi)發(fā)和制造,F(xiàn)職工2800多人,其中高級(jí)工程師300多人,自然科學(xué)研究員50余人,科技人員占職工總數(shù)60%以上。中國(guó)第一部軍用機(jī)載火控雷達(dá)便誕生于607研究所,自建所三十余年來(lái)它為國(guó)家防務(wù)研制生產(chǎn)了多種新型機(jī)載雷達(dá),在國(guó)內(nèi)微波雷達(dá)產(chǎn)品研制方面實(shí)力首屈一指。<BR> 珠?祵毴R儀表有限公司作為中航雷達(dá)與電子設(shè)備研究院的對(duì)外窗口多年來(lái)一直致力于雷達(dá)液位計(jì)產(chǎn)品的專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售,自1998年國(guó)產(chǎn)雷達(dá)液位計(jì)開(kāi)發(fā)試制成功以來(lái),目前使用過(guò)該產(chǎn)品的客戶(hù)已涵蓋了石油、化工、船舶、冶金、食品、污水處理等多種行業(yè)的各大知名企業(yè),得到了用戶(hù)的肯定。該雷達(dá)液位計(jì)是國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品、國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃項(xiàng)目,并在全國(guó)第十三屆發(fā)明展覽會(huì)上獲得金獎(jiǎng)。其線(xiàn)性調(diào)頻校正技術(shù)和自動(dòng)頻率跟蹤濾波技術(shù)獲得國(guó)家多項(xiàng)專(zhuān)利且居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位,目前已有700余套雷達(dá)液位計(jì)正常平穩(wěn)的運(yùn)行在國(guó)內(nèi)、外用戶(hù)中,其實(shí)惠的價(jià)位、過(guò)硬的產(chǎn)品質(zhì)量和完善、快捷的售服體系深得用戶(hù)信賴(lài)。</P><P> 5. 結(jié)言<BR> 近年來(lái),中國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,石油、化工、醫(yī)藥、食品等過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域?qū)走_(dá)液位計(jì)的需求也將越來(lái)越大。我們相信雷達(dá)液位計(jì)將會(huì)有更好的明天,我們將不斷提高現(xiàn)有雷達(dá)液位計(jì)技術(shù)水平和開(kāi)發(fā)新型的物位計(jì),為用戶(hù)提供更好的服務(wù)。國(guó)產(chǎn)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)雷達(dá)液位計(jì)的面世,為國(guó)內(nèi)外用戶(hù)提供了更大的選擇空間,也為他們優(yōu)化成本、合理配置資源提供了更大的方便。</P><P> <BR> 撰稿人:<BR> 珠?祵毴R儀表有限公司  蔣政宇 13016361921<BR> E-mail:combine1718@163.com<BR> <img align=absmiddle src=pic/url.gif border=0><a target=_blank href=Http://www.combine-inst.com>Http://www.combine-inst.com<;/a></P><P>
 

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