摘要:雷達液位計有很多優點，近年來得到廣泛應用。 介紹了一種調頻連續波雷達的液位計。 簡要介紹了雷達液位計的工作原理，分析了市場各類液位計的優劣性，并進行了相應的性能分析和比較。 關鍵詞:雷達液位計、調頻連續波、微波

1 .引言自上世紀90年代以來，雷達液位計進入市場，測量精度高，采用了出類拔萃的耐高溫高壓能力和非接觸測量方式，設置簡單，可靠性高，成為近十年來罐裝過程監控的儀表。 液位計是工業測量不可或缺的重要儀表。 液位計的種類很多，根據媒體和現場條件，各種液位計各有優勢，形成了多種局面。 罐容積大，要求液位計的精度高，以往多采用浮子鋼帶式液位計，伺服式和靜壓式也有一定的應用量。 浮鋼帶式液位計的安裝復雜，可靠性低，靜壓式液位計對介質密度和溫度的影響大，為了消除這些影響，完整的靜壓測量系統套件價格高，伺服式液位計精度高，但由于有機械傳動機構，磨損問題不可避免，價格也高。 近年來出現的光纖液位計、磁致伸縮液位計、超聲波液位計、放射能液位計各有優缺點，光纖液位計可在現場進行電檢測，安全性高，這是突出的優點，缺點仍有很多機械傳遞部件，故障率增加，安裝也變得復雜。 雖然磁致伸縮液位的精度高，但由于接觸的測量方式和高設置維護要求，市場并不普及。 超聲波液位計比雷達液位計精度稍低，但安裝簡單，價格合理，在防爆領域，目前超聲波液位計的范圍是個問題，一般不到8米，遇到高溫罐問題更大。 由于放射性液位計有放射源，應用需要特別認可，應用范圍受到限制。 雷達液位計進入市場后，憑借自身的優勢迅速成為水平測量中的儀表。 本文重點介紹了無錫市雷華科技有限公司自主研制的調頻連續波國產雷達液位計。

2 .測量原理本雷達液位計主要由雷達探測器(一次表)和雷達顯示器(二次表)構成。 雷達探測器主要由主體、連接法蘭和天線三部分組成。 天線有喇叭型和與波導管直接連接的類型。 雷達顯示器提供與上位計算機連接的RS-485接口，可以傳遞液位等參數和警報信號，或者使用上位計算機控制智能雷達顯示器。 雷達探測器采用啁啾連續波測距原理。 從天線發射的微波為頻率線性調制的連續波，當天線接收回波時，天線的發射頻率發生變化。 可以根據回波與載波的頻率差來計算材料面的距離。 FMCW方式測量線路復雜，測量精度高，干擾回波也容易去除，因此一般被用于比較的測量方案。 雷達探測器的主體包括微波信號源、信號處理部。 在工作中，微波信號源輸出一定振幅啁啾的微波信號，其頻率輸出如下圖所示

圖1 :頻率調制連續波信號和回波信號示意圖

發射頻率隨時間線性增加，且增加的斜率為k。當發射的連續波遇到液面發射時，所發射的信號的頻率選擇比發射信號延遲預定時間&tau，如圖1中的點劃線所示。 根據微波傳播原理，&tau； =2R/C (1)式中c是微波在空間中的傳播速度3×； 108km/s，r是從液面到雷達液位計的距離。 由于回波信號頻率的延遲，反射頻率與發送信號頻率的差頻率成為f=k&tau； (2)綜合上述2式，R=C×； 在f/2k中，r明顯與f成比例，反射液面與液面之間的距離越遠，產生的差頻率f越大，因此能夠計算從天線到反射面的距離。 信號處理器處理回波信號與發送信號的混合信號，測量混合信號的頻譜，通過快速傅立葉變換( FFT )計算混合信號，分析混合信號的頻譜，去除干擾信號，并確定從天線到反射界面的距離，由此結束測量。

3 .優點特性本雷達液位計采用非接觸式測量方法。 非接觸式測量方法是今年物位測量的主要方法，目前較成熟的非接觸式測量技術是超聲波、放射能、微波。 在化工、石油化學等工藝工業領域，被測介質普遍存在高溫、高壓、腐蝕、揮發、凝結等復雜情況，對儀表有防爆要求。 與超聲波相比，微波傳播的特點決定了雷達液位計的使用優勢:1)定向傳播。 2 )準直光學特性。 3 )傳輸特性良好。 4 )電介質的微波吸收與電介質的介電常數成正比。 其特性使雷達液位計在使用上具有以下優點:1)連續準確測量:雷達液位計不與被測介質接觸，對溫度、壓力、氣體等的影響非常小。 2 )維護方便，操作簡單:雷達液位計具有故障報警和自我診斷功能。 3 )適用范圍廣:非接觸測量、方向性好，傳輸損耗小，可測介質多。 4 )設置簡單:在各行業的應用中，雷達液位計可直接設置在油箱上部，設置簡單。

4 .市場分析1 )橫向比較雷達液位計通常分為脈沖雷達和調頻連續波雷達( FMCW )兩種。 脈沖雷達的工作模式與超聲波液位計相似:天線周期性發射微波脈沖，接收材料面回波，同時分析處理回波信號，確認有效回波，并據此計算電平。 根據工作原理，只是兩種測量方式測量的zui的蕞終精度不同，脈沖雷達的測量精度比調頻連續波雷達( FMCW )差。 另外，從很多實測結果來看，脈沖雷達的測量精度和超聲波液位計的差別不大，但市場價格相當高。 因此，用戶在具體選擇時，必須根據實際需求選擇適合自己的經濟高效的儀表。 2 )自身優勢公司生產的調頻連續波雷達液位計是中航雷達和電子設備研究院(原:航天工業部第607研究所)開發的產品。 我院是國家重點機載雷達研究院，其設備和人才實力極為雄厚，主要從事軍用、民用雷達系列電子產品的研究、開發和制造。 目前員工2800多人，其中工程師300多人，自然科學研究員50多人，科技人員占員工總數的60%以上。 中國*部軍用機火控雷達誕生于607所研究所，自建筑廠三十多年來，為國家防衛生產了眾多新型機火控雷達，在國內微波雷達產品開發上有實力。

公司作為中航雷達和電子設備研究院的對外窗口多年來致力于雷達液位計產品的專業開發、生產和銷售，自1998年國產雷達液位計開發成功以來，目前使用該產品的客戶已經復蓋石油、化工、船舶、冶金、食品、污水處理等多個行業的知名企業 該雷達水平計劃是國家重點新產品* *圣火計劃項目，在全國第十三屆發展會上獲得金獎。 其啁啾校正技術和自動頻率跟蹤濾波技術獲得國家眾多項目，位于國內ling的上位，目前已有700多套雷達液位計正常運行在國內外用戶中，其實益價格、嚴格的產品質量和完善，快速的銷售體系深受用戶信賴。

5 .結論近年來我國經濟發展迅速，對石油、化工、醫藥、食品等工藝工業領域的雷達液位計的需求也越來越大。 我們相信雷達液位計將有更好的明天，我們將提高目前雷達液位計的技術水平，開發新的液位計，為用戶提供更好的服務。 國產完全自主知識產權的雷達液位計問世，為國內外用戶提供了更大的選擇空間，為他們優化成本，合理配置資源提供了更大的便利。

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