物位計(jì)測(cè)量技術(shù)難點(diǎn)解決方案

　　與超聲波物位計(jì)相比，雷達(dá)物位計(jì)的微波信號(hào)是在不同介電常數(shù)的分界面上反射的。介電常數(shù)是表示絕緣能力特性的一個(gè)系數(shù)，以字母ε表示，單位為F/m ,它通常隨溫度和介質(zhì)中傳播的電磁波的頻率變化而變化。介電常數(shù)越大，對(duì)電荷的束縛能力越強(qiáng)；介電常數(shù)越小，則絕緣性愈好。某種電介質(zhì)的介電常數(shù)與真空介電常數(shù)之比εr稱為該電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。常見(jiàn)物料的相對(duì)介電常數(shù)如表1所示。

　　微波以光速傳播，速度幾乎不受介質(zhì)特性的影響，傳播衰減也很小，約0.2dB/km .回波信號(hào)強(qiáng)弱很大程度上取決于被測(cè)液面上的反射情況。在被測(cè)液面上的反射率除了取決于被測(cè)物料的面積和形狀外，主要取決于物料的相對(duì)介電常數(shù)εr.相對(duì)介電常數(shù)高，反射率也高，得到的回波強(qiáng)度高；相對(duì)介電常數(shù)低，物料會(huì)吸收部分微波能量，回波強(qiáng)度較低。對(duì)于普及型的雷達(dá)液位計(jì)，通常要求被測(cè)物料相對(duì)介電常數(shù)εr 〉4; 對(duì)于更低介電常數(shù)的物料，要求增設(shè)波導(dǎo)管來(lái)增強(qiáng)回波信號(hào)，或選用較復(fù)雜的雷達(dá)，通常測(cè)量下限為εr》 2.對(duì)于測(cè)量介電常數(shù)高或?qū)щ姷奈锪蠒r(shí)，有效量程要下降很多，如20m量程的雷達(dá)物位計(jì)，若用于測(cè)量煤粉，有效量程最多為7m對(duì)于測(cè)量介電常數(shù)低的塑料粒子等，測(cè)量效果也不好。

　　3.2 脈沖與調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)物位計(jì)

　　微波物位計(jì)按使用微波的波形可分為脈沖波和調(diào)頻連續(xù)波兩大類。

　　3.2.1 脈沖雷達(dá)物位計(jì)

　　脈沖雷達(dá)的發(fā)射原理比較簡(jiǎn)單，即雷達(dá)向距離為 R 的目標(biāo)發(fā)送一個(gè)高頻脈沖，微波遇到介質(zhì)后被反射回來(lái)，測(cè)得發(fā)送與接收的延遲時(shí)間，利用式（1）即可求得距離。但是，由于其靠時(shí)間來(lái)計(jì)算數(shù)值，因此，需要對(duì)事件精確到幾+皮秒（1ps = 10-12s） .

　　假設(shè)記錄時(shí)間的芯片最高精度為 50Ps ,按式（l） 可得到其測(cè)量誤差距離精度為：△R= △t×c=15mm, 即脈沖雷達(dá)如果僅靠時(shí)間來(lái)處理數(shù)據(jù)，其最高精度為15mm .所以，早期脈沖雷達(dá)大都采用時(shí)間拓展的方法來(lái)進(jìn)行時(shí)間的準(zhǔn)確測(cè)量與記錄，外加多次測(cè)量求平均的辦法。但采用拓展時(shí)間以及平均法求值，其最終精度要達(dá)到 5~10mm具有一定的難度。

　　3.2.2 調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)物位計(jì)

　　調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)的原理為發(fā)送具有一定帶寬、頻率線性變化的連續(xù)信號(hào)，再對(duì)接收到的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，通過(guò)發(fā)送與接收信號(hào)的頻率差來(lái)計(jì)算兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差，最后與脈沖波雷達(dá)物位計(jì)一樣，由時(shí)間差得到對(duì)應(yīng)的距離值。FMCW雷達(dá)能夠獲取很高的精度，其精度主要取決于壓控振蕩器的線性度和溫漂。