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物位计测量技术的研究方案4166.com:

2019-12-01 12:14

3、在雷达物位计安装和投用后,应用场合的空间表面情况不断变化的。以反应罐为例,化工过程需要测量的介质是多种多样的,进料时液面会有变化,如物料黏附,罐体内表面的物理或化学特性变化等,这些变化不可避免地会影响反射信号的强度。

物位测量技术经历了结构上从机械式仪表向式仪表发展,以及工作方式上由接触式向非接触式发展的阶段。

雷达物位计信号处理的影响因素:

调频连续波雷达是一种通过对连续波进行频率调制来获得距离与速度信息的雷达体制系统,由于它具有无距离盲区、高分辨率和低发射功率等优点,近年来受到了人们的广泛关注。

雷达物位计具有低维护,高性能、高精度、高可靠性,使用寿命长等优点。在与电容,重锤等接触式仪表相比较,具有无可比拟的优越性。微波信号的传输不受大气的影响,所以它可以满足工艺过程中挥发性气体、高温、高压、蒸汽、真空及高粉尘等恶劣环境的要求。适用于高温、高压、真空、蒸汽、高粉尘及挥发性气体等恶劣环境。可对不同料位进行连续测量。雷达物位计可以单台使用,也可组网使用,可广泛应用于冶金、建材、能源、石化、水利、粮食等行业。

微波物位计按使用微波的波形可分为脉冲波和调频连续波两大类。

4、某些应用现场的介质会直接影响到雷达波的发射和接受。一方面表现在对天线的影响上。如蒸汽冷凝在天线表面,物料结晶在天线表面。另一方面罐内介质的挥发或雾化,也会影响雷达波的传播,进而对测量产生影响。

图2中,实线为雷达天线发送信号ft;虚线为雷达接收信号fr;B为信号的带宽。发射信号的调频周期T要远大于目标最大回波时延td,即信号由天线发送经物料反射,再由天线接收所经的时间td比信号期T要小得多。发送信号和接收信号由于时延引起频率的变换它们的频率差就是差频信号,可用fif表示。显然差额信号fif的大小正比于天线与目标间的距离R,即:

2、当液面的高度不同时,相当于测量空间形状在不断变化,信号的反射和震荡情况也不同。特别是当测量的空间有曲面时,如拱顶罐,球形容器或卧式椭圆罐时,由于曲面对电磁波有聚焦作用,液位的高度变化对反射的影响更大。

与超声波物位计相比,雷达物位计的微波信号是在不同介电常数的分界面上反射的。介电常数是表示绝缘能力特性的一个系数,以字母ε表示,单位为F/m ,它通常随温度和介质中传播的电磁波的频率变化而变化。介电常数越大,对电荷的束缚能力越强;介电常数越小,则绝缘性愈好。某种电介质的介电常数与真空介电常数之比εr称为该电介质的相对介电常数。常见物料的相对介电常数如表1所示。

5、测量的液面也有多种情况变化,如静止时是镜面;液位变化时表面会产生波动;有时可能会有泡沫的存在。在不同的情况下,信号的多次反射情况会发生变化。http://www.xmsensor.com/ 王春燕

假设记录时间的芯片最高精度为 50Ps ,按式 可得到其测量误差距离精度为:△R= △t×c=15mm, 即脉冲雷达如果仅靠时间来处理数据,其最高精度为15mm .所以,早期脉冲雷达大都采用时间拓展的方法来进行时间的准确测量与记录,外加多次测量求平均的办法。但采用拓展时间以及平均法求值,其最终精度要达到5~具有一定的难度。

1、雷达物位计的应用场合往往是局限的狭小空间,而不是开放的巨大的空间。雷达物位计发射的信号是电磁波,电磁波在空间是发散传播的,具有电磁波所有的一切特性,如反射,衍射,折射等。传播空间中的任何物体都会产生信号的反射。狭小的空间会产生诸多的反射信号,其中有物体表面的直接反射信号,也有信号的来回反射和震荡。

二、TOF测量原理

式中:c为光速,3×108m/s;T为信号周期,B为信号带宽,均为已知参数。获得差频信号fif的值最简单的方法是利用傅里叶变换方法,通过频谱分析求得。

FMcw 雷达通过发率调制的连续波信号,从回波信号中提取目标距离信息。FMcw分为线性调频和非线性调频两种。使用非线性调频方式时,每个目标产生的差拍频率不唯一,一般只适用于单目标的场合,如雷达高度计等;线性调频方式适合于用FFT算法测量频率,应用最广。这种方式使每个目标产生的差拍信号都是单一频率,但其对线性调频的线性度要求很高,比较常用的调制波形是三角波和,物位仪表常用锯齿波高频方式。FMCW 雷达发射和接收信号的原理如图2所示。

近年来,微电子技术的渗入大大促进了新型物位测量技术的发展,新的测量技术促使物位测量仪表产品结构产生了很大变化。供电及无线雷达式物位仪表也开始在市场上出现。所有这些技术上取得的进步以及不断下降的价格正推动着雷达式物位仪表的不断增长。

电磁波与声波产生的原理是不同的,声波是靠物质的振动产生的,在真空中不能传播;而电磁波是靠电子的振荡产生的,其本身就是一种物质,传播不需要介质,能在真空中传播。这两种波在通过不同的介质时都会发生折射、反射、绕射和散射及吸收等现象,物位计正是应用这种特性来测量距离的。

超声波物位计的声波信号是在不同声阻率的界面上反射的。由于空气和物料的密度差别很大,所以它们的声阻率相差也很大,声波在空气和物料的分界面上就像在镜面上一样反射,并由接收器接收回波信号。但是,由于超声波是机械波,在空气中传播的波长小于17mm ,传播速度受温度影响较大,如当温度为0℃ 时,声速为331.6m/s当温度为20 ℃ 时,声速为 344m/s .因此,必须进行温度补偿,且在测量挥发性液体时,由于空气中含有的挥发组分不同,声速也不同,也会产生较大的误差。

物位仪表的分类如图1所示。

由于固态物料的料面都有一定的安息角,因此固态料面的测量基本上是利用波在粗糙表面的漫反射。形成漫反射的条件近似于:颗粒直径〉1/6波长。则波长λ与频率f的关系为: c=λf 可以算出它的波长为8.6mm , 对颗粒直径为2mm 以上的物料都可形成良好的漫反射;而当c为光速3×l08m/s,采用X波段频率为5.8GHz或6GHz 的微波物位计时,由式可得波长约为52mm ,对于粒径较小的颗粒状物位,漫反射效果差,回波信号干扰严重。为改善测量性能,可提高发射信号的频率,采用K波段,从而得到较好的回波信号。从雷达料位计的测量原理可知,雷达料位计是通过处理雷达波从探头发射到介质表面,然后返回到探头的时间来测量料位的。反射信号中混合有许多干扰信号,因此,对真实回波的处理和对各种虚假回波的识别技术就成为雷达料位计能否准确测量的关键因素。由于液面波动和随机噪声等因素的影响,检测信号中必然混有大量噪声 ,为了提高检测的准确度,必须对检测信号进行处理,尽可能消除噪声。

声波是机械波,频率范围为20Hz~20kHz ,因此,当声波的振动频率高于20kHz或低于20kHz时,我们便听不见了。我们把频率高于20kHz 的声波称为“超声波”.

电磁波的波段非常宽,从3kHz~3000GHz ,微波是指频率为300MHz~300CHz的电磁波。在物位检测中,微波使用的频段规定在4~30GHz:之间,典型波段为5.8GHz、10GHz 、24GHz.5.8 GHz 的频率属于C波段微波;10GHz的频率属于X波段微波;24GHz的频率属于K波段微波。

图1中,前4种测量技术都属于接触式测量方法,第5种辐射法为方法。其中,直视法是指眼睛可以直接观测到介质容量变化的一类方法;测力法是指通过被测介质对指示器或等目标施加外力来测量的方法;压力法是由被测介质施加在测量探头而产生压力进行测量的方法;电特性法是利用被测介质的电特性进行测量的方法;辐射法采用电磁原理技术。

3.2.2 调频连续波雷达物位计

ToF 测量技术可以利用的能量波有机械波、电磁波和激光,相应的称为、微波物位计和激光物位计。

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