導(dǎo)波雷達物位計是一種微波物位計,它是微波(雷達)定位技術(shù)的一種運用。它是通過一個可以發(fā)射能量波(一般為脈沖信號)的裝置發(fā)射能量波,能量波沿導(dǎo)波桿或者導(dǎo)波纜為載體進行傳輸,能量波遇到障礙物反射,反射的能量波由波導(dǎo)管傳輸至接收裝置,再由接收裝置接收反射信號。根據(jù)測量能量波運動過程的時間差來確定物位變化情況。由電子裝置對微波信號進行處理,最終轉(zhuǎn)化成與物位相關(guān)的電信號。超聲波物位計中換能器是眼睛,而雷達物位計中高頻頭和天線是眼睛,回波處理是物位計的大腦。雷達物位計繼承了超聲波物位計的回波處理技術(shù)。
雷達物位計發(fā)出的電磁波碰到被測介質(zhì)被反射,反射回波的質(zhì)量反映了物位計應(yīng)用效果。回波質(zhì)量定義為最小回波幅度(在最惡劣條件下回波幅度)比最大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射波等的幅度)?;夭ㄙ|(zhì)量數(shù)值越大,物位計應(yīng)用效果越好。
回波強度主要受以下因素影響
傳播介質(zhì)介電常數(shù)越穩(wěn)定越有利于傳播。雷達波是電磁波,電磁波在傳播過程中不受傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響,只與其介電常數(shù)有關(guān)。這是雷達技術(shù)與超聲波技術(shù)的重大區(qū)別。
被測介質(zhì)表面越平整,其介電常數(shù)越大越有利于回波反射。所以考慮現(xiàn)場工況時,應(yīng)特別注意這兩個方面:
(1)天線到被測介質(zhì)間空氣介電常數(shù)的分布
(2)被測介質(zhì)的表面狀態(tài)及其介電常數(shù)。
雷達物位計的優(yōu)點是:不受空氣波動影響,隨距離衰減小,穿透力強。
雷達的局限性:
1)影響雷達的性能是介電常數(shù),理論上在真空中雷達衰減極小,當(dāng)空氣中存在對雷達衰減物質(zhì),例如:含高介電性的粉塵粉末(石墨,鐵合金等),水蒸氣很大,測量距離和效果要受影響。
2)被測介質(zhì)的揮發(fā)氣體會在天線上聚集,水蒸汽會在天線上聚結(jié),此時,會影響雷達波發(fā)射,嚴(yán)重時雷達波不能發(fā)出。
3)被測介質(zhì)的介電常數(shù)不能太小。
4)盡管溫度和壓力對雷達影響極小,但雷達天線是由材料做成,雷達可適應(yīng)溫度和壓力的范圍與使用的材料和密封結(jié)構(gòu)有關(guān)。
雷達物位計目前已成為市場上的主流產(chǎn)品,而低頻率雷達物位計盡管具有價格相對低廉的優(yōu)點,但在主要應(yīng)用領(lǐng)域中,屬于逐漸被淘汰的產(chǎn)品。從超聲波物位計的應(yīng)用中得知,要獲得比較好的回波,換能器工作頻率大約40KHz,波長大約9mm,這時發(fā)射波的開角為7°-8°。工作頻率越高,其開角越小,但其量程較小。與超聲波類比,雷達物位計要獲得上述效果的回波,其工作頻率應(yīng)為26GHz,此時,其波長為11mm。當(dāng)用口徑為100mm的喇叭時,可獲得7°-8°開角的發(fā)射波。若雷達工作頻率是6GHz,則相當(dāng)于超聲波的工作頻率為10KHz。而工作頻率為10kHz的超聲波物位計在物位測量中各項指標(biāo)都很不理想,特別不適于固體料位的測量。
與低頻率雷達相比,高頻雷達有以下優(yōu)點:
1)高頻雷達物位計(主要指26GHz和24GHz)具有能量高,波束角小(一般Φ95的喇叭天線的波束角為8o,而6GHz低頻脈沖雷達的喇叭天線直徑為Φ246時,波束角為15o),天線尺寸小,精度高等優(yōu)點。
2)26GHz雷達波長11mm,6GHz雷達波長50mm,雷達測量散裝料位時,雷達波反射主要來自料面的漫反射,漫反射的強度與物料大小成正比,與波長成反比,而大部份散裝料直徑遠遠小于50mm,這就是為什么目前26GHz雷達是散裝料物位測量的最優(yōu)選擇。
3)在一些直徑小高度矮的小罐應(yīng)用中,6GHz雷達天線長(300-400mm)無形中增大了盲區(qū)(大約600mm),由于6GHz雷達方向性差(開角大)在小罐中會產(chǎn)生多徑反射;26GHz雷達頻率高頻,天線短,方向性好,克服了6GHz雷達的缺點,適用于小罐測量。
4)由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣,隨著時間推移,雷達天線會堆積污物、水汽等,26GHz雷達天線小,加天線罩可大大改善污物、水汽影響;6GHz雷達天線大,加天線罩很困難。且儀表較沉重,清理困難。
5)由于26GHz雷達方向性好,很多惡劣工況,可通過簡單隔離,將雷達裝在容器外進行測量。
?目前, 國內(nèi)6G雷達已經(jīng)淘汰,目前多用26G雷達以及80G雷達,隨著技術(shù)的進步,80G雷達已經(jīng)面世,更小的開角,使用更加穩(wěn)定。
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