物位計測量技術難點解決方案

　　與超聲波物位計相比，雷達物位計的微波信號是在不同介電常數(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，對電荷的束縛能力越強；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)的相對介電常數(shù)。常見物料的相對介電常數(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 .回波信號強弱很大程度上取決于被測液面上的反射情況。在被測液面上的反射率除了取決于被測物料的面積和形狀外，主要取決于物料的相對介電常數(shù)εr.相對介電常數(shù)高，反射率也高，得到的回波強度高；相對介電常數(shù)低，物料會吸收部分微波能量，回波強度較低。對于普及型的雷達液位計，通常要求被測物料相對介電常數(shù)εr 〉4; 對于更低介電常數(shù)的物料，要求增設波導管來增強回波信號，或選用較復雜的雷達，通常測量下限為εr》 2.對于測量介電常數(shù)高或?qū)щ姷奈锪蠒r，有效量程要下降很多，如20m量程的雷達物位計，若用于測量煤粉，有效量程最多為7m對于測量介電常數(shù)低的塑料粒子等，測量效果也不好。

　　3.2 脈沖與調(diào)頻連續(xù)波雷達物位計

　　微波物位計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 脈沖雷達物位計

　　脈沖雷達的發(fā)射原理比較簡單，即雷達向距離為 R 的目標發(fā)送一個高頻脈沖，微波遇到介質(zhì)后被反射回來，測得發(fā)送與接收的延遲時間，利用式（1）即可求得距離。但是，由于其靠時間來計算數(shù)值，因此，需要對事件精確到幾+皮秒（1ps = 10-12s） .

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

　　3.2.2 調(diào)頻連續(xù)波雷達物位計

　　調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達的原理為發(fā)送具有一定帶寬、頻率線性變化的連續(xù)信號，再對接收到的連續(xù)信號進行快速傅里葉變換，通過發(fā)送與接收信號的頻率差來計算兩個信號的時間差，最后與脈沖波雷達物位計一樣，由時間差得到對應的距離值。FMCW雷達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。