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微波物位計工作原理
[ 2012/5/14 15:39:32 ] [轉(zhuǎn)載請注明來源:就是要儀器網(wǎng)]

微波物位計工作原理

 FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的詞頭的縮寫。FMCW 技術是在雷達物位測量設備中最早使用的技術。

  FMCW微波物位計采用線性的調(diào)制的高頻信號,一般都是采用10GHz或24GHz微波信號。它是一種基于復雜數(shù)學公式的間接測量方法,由頻譜計算出物位距離。天線發(fā)射出被線性調(diào)制的連續(xù)高頻微波信號并進行掃描,同時接收返回信號。發(fā)射微波信號和返回的微波信號之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成一定比例關系。

  如果我們認為被線性調(diào)制的發(fā)射微波信號的斜率為K,發(fā)射信號和反射信號的頻率為rf,滯后時間差為rt,發(fā)射天線到介質(zhì)表面的距離為R,C為光速。

  

那么我們可以得到:rt = 2R/C

 

  由于采用的是調(diào)頻的微波信號,因此我們可得:rf = K×rt;

  兩式合并后,我們得到公式:

  R = C× rf/2K (公式2)

  根據(jù)公式2,我們可以看到,天線到介質(zhì)表面的距離R與發(fā)射頻率和反射頻率差rf成正比關系。

  信號處理部分將發(fā)射信號和回波信號進行混合處理,得到混合信號頻譜,并通過獨立的快速傅立葉(FFT)變化來區(qū)分不同的頻率信號,最后得到準確地數(shù)字回波信號,計算出天線到介質(zhì)表面的距離。

  實際上,F(xiàn)MCW信號是在兩個不同的頻率之間循環(huán)。目前市場上的FMCW微波物位計主要以兩種頻率為主:9到10GHz和24.5到25.5GHz。

  采用FMCW原理的微波物位計都具有連續(xù)自校準的處理功能。被處理的信號與 一個表示已知固定距離的內(nèi)部參照信號進行比較。任何差值會自動得 到補償,這樣消除了由溫度波動或變送器內(nèi)部電子部件老化引起的可能的測量漂移。

  脈沖

  脈沖雷達物位計"> 雷達物位計,與超聲波技術相似,使用時差原理計算到介質(zhì)表面的距離。 設備傳輸固定頻率的脈沖,然后接收并建立回波圖形。信號的傳播時間 直接與到介質(zhì)的距離成一定比例。但是與超聲波使用聲波不同,雷達使用的是電磁波。它利用好幾萬個脈沖來 “掃描”容器并得到完整的回波圖。

  通常,采用脈沖方式的微波物位計的精度和可靠性都不如FMCW微波位計,但是脈沖物位計因為價格較FMCW低很多,因此是目前市場應用得最多的微波物位計。當然,很多生產(chǎn)廠商通過增強回波處理功能等方式大大提高了脈沖雷達的可靠性。

  導波雷達

  也被稱作時域反射式雷達,即TDR。導波雷達是非接觸式雷達和導波天線相結(jié)合的產(chǎn)物。它將微波信號發(fā)射到導波桿或纜上,使微波能量集中在導波桿或纜周圍而不會“擴散”。它一般都是采用脈沖波,但也有采用連續(xù)波的。

  這種工作原理的測量方式使它具有了能夠測量較低的介電常數(shù)的介質(zhì)、能夠有效的避開容器內(nèi)干擾物的影響、不受水蒸汽的影響、可以用于測量固體等優(yōu)點,但同時它像所有的接觸式物位測量設備一樣,具有易粘附、易磨損,甚至造成斷纜、受粉塵影響較大的缺點。

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