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    分别頻率的雷達物位計測量的差異及各自的優勢解析

    發表時間:2016-11-19   點擊次數:612 技術撑持:1560-1403-222

    雷達物位計

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    雷達物位計 是一種復雜的檢測儀器,它由高度現代化的微波元器件和復雜的信號解析處理器組成,雷達物位計选择微波脈沖的測量想法,并可在工業頻率波段范圍內正常,波束能量低,可安裝于各種金屬、非金屬容器或管道內,對液體、漿料及顆粒料的物位進行非接觸式連續測量。能夠在分歧的應用場合中搜集填充物物位。,雷達物位計適用于粉塵、溫度、壓力變化大,有惰性氣體及蒸汽存在的場合。對人體及環境無傷害,還具有不受介質比重的影響,不受介電常數變化的影響,不需要現場校調等優點,不論是對工業必要,還是對顧客經濟實惠的考慮,是不錯的選擇。

    频年來,隨著科技的迅猛發展,雷達物位計測量技術过去有了在的發展,不過,要選擇一個合適的雷達物位計不是個便利的事,因為雷達物位計分為不少種類,我們在實踐中要結合理論知識和實踐經驗加以通盤考慮。雷達物位計作為復雜的檢測儀器,其組成是由高度現代化的微波元器件和復雜的信號分析處理器構成,新的電子元器件和巧妙的外型設計增強了雷達物位計的职能,開辟了多的應用領域。幾年前,雷達物位計中還沒有多的技術參數,現在它的頻率范圍滿足了許多新的解決方案提出的要求。在雷達物位計的研發設計中须要經驗豐富的設計師和高度現代化且有價值的技術,但要求雷達物位計的运用操作和安裝應用應盡可以簡便。對于雷達物位計的使用者來講,了解差异技術的優缺點和雷達物位計的佳使用情況是一件特别難的工作。

    有兩種想法能够檢測檢測儀與充填物外观的距離,即脈沖雷達技術和FMCW雷達技術。在脈沖雷達方法中,微波脈沖的運行時間由門的掃描設備進行檢測;在FMCW雷達技術中則用頻率范圍內調制信號的持續時間來換算。對于雷達物位計的使用者來講,這兩種方法幾乎沒有區別,是在處理FMCW波雷達信號時需要一個FFT。它需要性能更好的微處理器,能源費用更高,但檢測速度更慢。本文針對于分别頻率的雷達液位計的各自的優缺點向各位作介紹,幫助同伙們在本企業的物位計選型時有的放矢,正確的選擇合適的測量儀表。

    6GH雷達物位計
    圖1 6GHz發射頻率的雷達物位計:發射頻率格外寬,從分别的外表范圍反射信號,受內部安裝構件的干擾大。

    雷達物位計 研發的初期,頻率范圍的選擇與合適的電子元器件的選擇有關。因而頻率范圍一般运用10GHz的頻率。后來,人們主要利用認可的頻率范圍,譬喻C、K和W頻率帶寬,出現了6GHz、25GHz和75GHz的頻率。每一個頻率有自身的優點和缺點,所以在雷達物位計中沒有佳頻率這一概念。终归選用哪一個頻率主要取決于雷達物位計的使用情況。但此刻頻率范圍在25GHz的雷達物位計能夠在分歧的應用中平安、可靠的運行,這一頻率范圍的雷達物位計市場占有率高達80%当中。

    衡量雷達物位計性能的一個重要指標是系統的靈敏度,即能夠接收盡可以大和盡可能小的反射信號。在過去的幾年里,人們對雷達物位計靈敏度的考究做了大批的工作,新的微波元器件帶來了的應用可能性。是對松散物料充填高度進行檢測的雷達物位計,靈敏性特别重要,因為一眨眼的功夫,發射出去的雷達波被就反射回來。檢測松散物料的雷達物位計靈敏度高可達100dB,表示雷達物位計能夠檢測的小信號是發射信號的百億分之一。若把這一敏度換算到機械性檢測中,例如載重汽車的地磅,若地磅的重量檢測精度與雷達物位計的檢測精度,那么它能檢測出額定載重量40t貨車滿載后,車上多一根頭發絲與少一根頭發絲的重量差異。

    25GH雷達物位計
    圖2 25GHz發射頻率的雷達物位計:發射頻率較窄,差别范圍中有很好的平均反射值,受內部安裝構件的干擾小

    天線系統的選擇

    為了能夠在不同的應用中充分利用雷達物位計的優點,雷達物位計的天線應與其运用情況相匹配。一般情況下,雷達物位計的天線根据三種差异的真理來設計,即基于反射技術的雷達天線,比喻:喇叭形天線或者拋物面衛星天線;运用塑料外观計算微波的雷達天線,比喻:鞭狀天線或者球形天線;通過導電電纜傳導PTFE或者陶瓷基板所接收輻射信號的平面天線。從技術上講,所有的天線可以與差别的頻率范圍配套利用,但在頻率較低的時候所需的天線面積較大,從而受到機械設計技術的限制。

    因為雷達天線系統的巨细與所使用的頻率有亲密的關系,因而頻率是選擇雷達物位計的一個重要參數,高頻率的雷達物位計更具優勢。譬喻,雷達物位計的頻率加倍,需运用1/4大小的天線能夠得到的信號。其余,高頻率的雷達物位計能夠有效的減少由安裝部件、攪拌機或者容器內部結構件產生的干擾反射波。雷達頻率越高,所利用的雷達物位計就越小。

    但是,較小的天線對雷達增益是不利的,因為某些應用中须要运用雷達的方向性放大信號。面積較大的天線能够接收更多的能量,產生較大的信號。這一點對那些反射雷達波的物體檢測特殊重要,比方在塑料粒料或者稀釋劑的檢測。

    不受使用條件的影響

    雷達技術的大優點是流程設備所拔取的工藝技術對這一檢測技術不產生影響;對于差别的應用,雷達物位計有合適的安裝方式。

    雷達微波的傳播與溫度無關,只有在被測工作壓力高達1MPa以上時被測介質壓力對雷達物位計檢測結果才會有影響。

    一般情況下,雷達微波的傳播與被測容器中的氣體介質因素無關,但也有破例,例如:氨和氯乙烯。它們對微波有衰減作用,且頻率高衰減大。這意味著在實踐中要利用發射頻率較低的雷達物位計,是在進行大范圍檢測時。

    75GH雷達物位計
    圖3 75GHz發射頻率的雷達物位計:發射頻率格外狹窄,僅在較小的范圍內搜罗反射信號,大批的反射波反射到容器壁上,所以接收到的反射信號較少,內部安裝構件的干擾少

    特殊工況下的液位檢測

    一般情況下,對液體介質的液位高度進行檢測是一件便当的事情,因為一般情況下液體介質的外貌是平整的,把雷達物位計發射出來的雷達波直接反射回去。在流程工藝領域中,在攪拌機或有蒸汽的容器中填充物料的檢測是此外一種情況。

    因為波動、變化的表面會把一部分雷達信號反射接收天線接收不到的位置,比喻被測介質在攪拌機中上下翻騰時大部分雷達信號被無規律的反射到容器壁上。在這里增強雷達信號的聚焦反而有害。同時,要求有足夠大面積的接收天線,以保證足夠的接收信號。

    冷凝水和少少噴射狀的介質不时會滯留在接收天線上,反射、衰減接收到的微波。這里,滯留沉積的厚度與雷達物位計發射微波的頻率成比例。由于高頻微波的波長小,因此滯留、沉積的物質嚴重影響信號接收的質量。實踐證明,1mm厚的沉積物對25GHz頻率微波的影響約是6GHz頻率微波的3倍、75GHz時大約是10倍。容器內被測介質外表的泡沫對微波的影響大,頻率高泡沫帶來的衰減越大。主要原因是因為波長短和泡沫所帶來的信號損失。

    在對液體介質的液位進行檢測時,一個很好的折衷辦法即是使用頻率范圍為25GHz的雷達微波。這一頻率的雷達物位計有很好的信號聚焦性能,而且對天線系統上冷凝水的滯留、沉積非常不敏感。通過過去幾年的努力,這一頻率雷達物位計的靈敏度得到了大大提高,還會推出檢測含有泡沫的液體介質液位的檢測儀。

    不同雷達物位計發射頻率比較

    松散物料的檢測

    因为松散物料所形成的傾斜角,部分雷達信號被松散物料外表發射側壁上,而且松散物料、反射側壁上的雷達信號。換言之,顆粒粗大的松散物料比顆粒細密的松散物料容易檢測。一般情況下,總是用松散物料的粒度與雷達物位計的波長或者頻率之比表示兩者關聯的衡量尺度。當用頻率為75GHz的雷達物位計對某松散物料進行檢測時,倘若松散物料的粒度細三倍該物位計得到的反射波相當于25GHz頻率物位計的反射波。在實際應用中,對水泥、細面糖或者石英砂進行檢測時,人們感覺不到75GHz頻率雷達物位計與25GHz雷達物位計有什么區別,因為反射信號的強度基本相同。

    选择能夠發出特别增強信號的聚焦天線系統的物位計檢測結構件強的圓形料倉倉壁、或者被檢測的料倉壁內有輔助部件和支撐件時效果好。檢測過程中信號重合性好,幾乎沒有干擾反射,檢測軟件非常簡單,需選擇回波信號作為正確的信號就可能。松散物料不妨作為一個較大的反射斑點,它具有較大的反射波束等優點。當松散物料的粒度較大時,可能反射到許多檢查點上,乃至比強聚焦的信號具有更強的反射。别的,在向料倉充填松散物料時很少有均勻對稱的堆積漏斗或者錐形堆,此時,信號聚焦性能較低的天線對這種充填物外观的檢測特别有利。

    在松散物料檢測中,粉塵是一個非常重要的影響因素,此中包含粉塵在天線上沉積的影響。一般情況下,空氣中的粉塵對雷達發射的微波幾乎沒有影響,只有在強粉塵環境中,比喻壓縮空氣輸送松散物料時產生的強粉塵環境,所產生的信號衰減對高頻雷達物位計的信號有明顯的影響。

    沉積在天線上的粉塵對檢測結果有很大影響,高頻雷達物位計發射的微波波長越短,粉塵對信號的衰減就越強。換言之,高頻雷達物位計受到天線粉塵沉積的影響比低頻雷達物位計的要大。當25GHz頻率的雷達物位計接收天線覆蓋著厚厚的沉積污垢時,75GHz頻率的雷達天線使用壓縮空氣來根除沉積在天線上的粉塵。這樣添加了設備維護保養的費用,從而添补了流程設備运用運行成本。

    頻率范圍的選擇

    實踐證明,雷達物位計的每一個頻率范圍同時具有優點和缺點。因此在選擇雷達物位計時必須考慮它的使用環境,在編寫合適的軟件算法語言時把豐富的應用經驗容納其中,根據使用條件簡單確定雷達物位計的選擇原則。在許多情況下信號聚焦較小的25GHz雷達物位計可以代替75GHz的高頻物位計。通過簡單的物位計與被測充填介質的匹配,使得檢測儀器能夠根據典型的回波信號進行分析檢測,能夠在不同的被測介質和不同形狀的容器中得出令人滿意,且不受污垢影響的可靠結果,保證了流程設備擁有較長的免維修周期。


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