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低频雷达物位计、高频雷达物位计的不同优点
发布日期:2017-7-14 20:06:42
工作原理:导波雷达物位计是一种微波物位计,它是微波(雷达)定位技术的一种运用。它是通过一个可以发射能量波(一般为脉冲信号)的装置发射能量波,能量波在波导管中传输,能量波遇到障碍物反射,反射的能量波由波导管传输至接收装置,再由接收装置接收反射信号。根据测量能量波运动过程的时间差来确定物位变化情况。由电子装置对微波信号进行处理,最终转化成与物位相关的电信号。超声波物位计中换能器是眼睛,而雷达物位计中高频头和天线是眼睛,回波处理是物位计的大脑。雷达物位计继承了超声波物位计的回波处理技术。
雷达物位计发出的电磁波碰到被测介质被反射,反射回波的质量反映了物位计应用效果。回波质量定义为最小回波幅度(在最恶劣条件下回波幅度)比最大噪声幅度(虚假回波、多径反射波等的幅度)。回波质量数值越大,物位计应用效果越好。
回波强度主要受以下因素影响
传播介质介电常数越稳定越有利于传播。雷达波是电磁波,电磁波在传播过程中不受传播介质稳定程度的影响,只与其介电常数有关。这是雷达技术与超声波技术的重大区别。
被测介质表面越平整,其介电常数越大越有利于回波反射。
所以考虑现场工况时,应特别注意这两个方面:(1)天线到被测介质间空气介电常数的分布(2)被测介质的表面状态及其介电常数。
雷达物位计的优点是:不受空气波动影响,随距离衰减小,穿透力强。
雷达的局限性:1)影响雷达的性能是介电常数,理论上在真空中雷达衰减极小,当空气中存在对雷达衰减物质,例如:含高介电性的粉尘粉末(石墨,铁合金等),水蒸气很大,测量距离和效果要受影响。2)被测介质的挥发气体会在天线上聚集,水蒸汽会在天线上聚结,此时,会影响雷达波发射,严重时雷达波不能发出。3)被测介质的介电常数不能太小。4)尽管温度和压力对雷达影响极小,但雷达天线是由材料做成,雷达可适应温度和压力的范围与使用的材料和密封结构有关。
雷达物位计目前已成为市场上的主流产品,而低频率雷达物位计尽管具有价格相对低廉的优点,但在主要应用领域中,属于逐渐被淘汰的产品。从超声波物位计的应用中得知,要获得比较好的回波,换能器工作频率大约40KHz,波长大约9mm,这时发射波的开角为7°-8°。工作频率越高,其开角越小,但其量程较小。与超声波类比,雷达物位计要获得上述效果的回波,其工作频率应为26GHz,此时,其波长为11mm。当用口径为100mm的喇叭时,可获得7°-8°开角的发射波。若雷达工作频率是6.8GHz,则相当于超声波的工作频率为10KHz。而工作频率为10kHz的超声波物位计在物位测量中各项指标都很不理想,特别不适于固体料位的测量。与低频率雷达相比,高频雷达有以下优点:
1)高频雷达物位计(主要指26GHz)具有能量高,波束角小(一般Φ96的喇叭天线的波束角为8o,而6.8GHz低频脉冲雷达的喇叭天线直径为Φ242时,波束角为15o),天线尺寸小,精度高等优点。
2)26GHz雷达波长11mm,6.8GHz雷达波长50mm,雷达测量散装料位时,雷达波反射主要来自料面的漫反射,漫反射的强度与物料大小成正比,与波长成反比,而大部份散装料直径远远小于50mm,这就是为什么目前26GHz雷达是散装料物位测量的最佳选择。
3)在一些直径小高度矮的小罐应用中,6.8GHz雷达天线长(300-400mm)无形中增大了盲区(大约600mm),由于6.8GHz雷达方向性差(开角大)在小罐中会产生多径反射;26GHz雷达频率高频,天线短,方向性好,克服了6.8GHz雷达的缺点,适用于小罐测量。
4)由于现场环境恶劣,随着时间推移,雷达天线会堆积污物、水汽等,26GHz雷达天线小,加天线罩可大大改善污物、水汽影响;6.8GHz雷达天线大,加天线罩很困难。且仪表较沉重,清理困难。
5)由于26GHz雷达方向性好,很多恶劣工况,可通过简单隔离,将雷达装在容器外进行测量。
目前,26GHz雷达物位计的价格已与6.8GHz雷达物位计价格相当,这更促进了26GHz雷达物位计的应用。可以预见,6.8GHz雷达物位计市场占有率会大大降低。随着技术的进步,我们期待更高频率(如:90GHz)、更小开角(如:2°,3°)、更小体积的雷达物位计的面世。我们将在此领域中不懈地努力,将雷达物位测量做到极致。
导波雷达物位计——非接触雷达物位测量的补充
导波雷达物位计发射脉冲电磁场,以导波缆为中心100mm为半径,沿缆向前传播,遇介质返回。除有非接触雷达的特点以外,导波雷达方向性好,频率低(500M-1.8GHz)穿透性好。缺点是显然的,尤其在固体测量中,调试维修都不方便,经常会磨损,甚至断缆。可利用导波雷达物位计低频的穿透性实现某些特殊应用。如:油水界面;以及利用缆的末端反射测量介电常数非常小的粉末(除尘粉仓)粉位测量等。
在高温、高压工况条件下,导波雷达物位计与脉冲(非接触)雷达物位计相比更具优势。脉冲雷达天线由不锈钢和PTFE构成,而PTFE最高使用温度200°,最高压力4MP。当导波雷达用不锈钢和陶瓷构成时,最高使用温度400°,最高压力40MP。
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