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非接觸物位測量中,雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用近年來獲得快速發(fā)展。超聲波物位計(jì)中換能器是眼睛,而雷達(dá)物位計(jì)中高頻頭和天線是眼睛,回波處理是物位計(jì)的大腦。雷達(dá)物位計(jì)繼承了超聲波物位計(jì)的回波處理技術(shù)。
雷達(dá)物位計(jì)發(fā)出的電磁波碰到被測介質(zhì)被反射,反射回波的質(zhì)量反映了物位計(jì)應(yīng)用效果?;夭ㄙ|(zhì)量定義為最小回波幅度(在條件下回波幅度)比最大噪聲幅度(虛假回波、多徑反射波等的幅度)。回波質(zhì)量數(shù)值越大,物位計(jì)應(yīng)用效果越好?!?/span>
回波強(qiáng)度主要受以下因素影響
傳播介質(zhì)介電常數(shù)越穩(wěn)定越有利于傳播。雷達(dá)波是電磁波,電磁波在傳播過程中不受傳播介質(zhì)穩(wěn)定程度的影響,只與其介電常數(shù)有關(guān)。這是雷達(dá)技術(shù)與超聲波技術(shù)的重大區(qū)別。
被測介質(zhì)表面越平整,其介電常數(shù)越大越有利于回波反射。
所以考慮現(xiàn)場工況時(shí),應(yīng)特別注意這兩個(gè)方面:(1)天線到被測介質(zhì)間空氣介電常數(shù)的分布(2)被測介質(zhì)的表面狀態(tài)及其介電常數(shù)。
雷達(dá)物位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是:不受空氣波動(dòng)影響,隨距離衰減小,穿透力強(qiáng)。
雷達(dá)的局限性:1)影響雷達(dá)的性能是介電常數(shù),理論上在真空中雷達(dá)衰減極小,當(dāng)空氣中存在對雷達(dá)衰減物質(zhì),例如:含高介電性的粉塵粉末(石墨,鐵合金等),水蒸氣很大,測量距離和效果要受影響。2)被測介質(zhì)的揮發(fā)氣體會(huì)在天線上聚集,水蒸汽會(huì)在天線上聚結(jié),此時(shí),會(huì)影響雷達(dá)波發(fā)射,嚴(yán)重時(shí)雷達(dá)波不能發(fā)出。3)被測介質(zhì)的介電常數(shù)不能太小。4)盡管溫度和壓力對雷達(dá)影響極小,但雷達(dá)天線是由材料做成,雷達(dá)可適應(yīng)溫度和壓力的范圍與使用的材料和密封結(jié)構(gòu)有關(guān)。
雷達(dá)物位計(jì)目前已成為市場上的主流產(chǎn)品,而低頻率雷達(dá)物位計(jì)盡管具有價(jià)格相對低廉的優(yōu)點(diǎn),但在主要應(yīng)用領(lǐng)域中,屬于逐漸被淘汰的產(chǎn)品。從超聲波物位計(jì)的應(yīng)用中得知,要獲得比較好的回波,換能器工作頻率大約40KHz,波長大約9mm,這時(shí)發(fā)射波的開角為7°-8°。工作頻率越高,其開角越小,但其量程較小。與超聲波類比,雷達(dá)物位計(jì)要獲得上述效果的回波,其工作頻率應(yīng)為26GHz,此時(shí),其波長為11mm。當(dāng)用口徑為100mm的喇叭時(shí),可獲得7°-8°開角的發(fā)射波。若雷達(dá)工作頻率是6GHz,則相當(dāng)于超聲波的工作頻率為10KHz。而工作頻率為10kHz的超聲波物位計(jì)在物位測量中各項(xiàng)指標(biāo)都很不理想,特別不適于固體料位的測量。與低頻率雷達(dá)相比,高頻雷達(dá)有以下優(yōu)點(diǎn):
1)高頻雷達(dá)物位計(jì)(主要指26GHz和24GHz)具有能量高,波束角小(一般Φ95的喇叭天線的波束角為8o,而6GHz低頻脈沖雷達(dá)的喇叭天線直徑為Φ246時(shí),波束角為15o),天線尺寸小,精度高等優(yōu)點(diǎn)。
2)26GHz雷達(dá)波長11mm,6GHz雷達(dá)波長50mm,雷達(dá)測量散裝料位時(shí),雷達(dá)波反射主要來自料面的漫反射,漫反射的強(qiáng)度與物料大小成正比,與波長成反比,而大部份散裝料直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于50mm,這就是為什么目前26GHz雷達(dá)是散裝料物位測量的。
3)在一些直徑小高度矮的小罐應(yīng)用中, 6GHz雷達(dá)天線長(300-400mm)無形中增大了盲區(qū)(大約600mm),由于6GHz雷達(dá)方向性差(開角大)在小罐中會(huì)產(chǎn)生多徑反射;26GHz雷達(dá)頻率高頻,天線短,方向性好,克服了6GHz雷達(dá)的缺點(diǎn),適用于小罐測量。
4)由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣,隨著時(shí)間推移,雷達(dá)天線會(huì)堆積污物、水汽等,26GHz雷達(dá)天線小,加天線罩可大大改善污物、水汽影響;6GHz雷達(dá)天線大,加天線罩很困難。且儀表較沉重,清理困難。
5)由于26GHz雷達(dá)方向性好,很多惡劣工況,可通過簡單隔離,將雷達(dá)裝在容器外進(jìn)行測量。
目前,26GHz雷達(dá)物位計(jì)的價(jià)格已與6GHz雷達(dá)物位計(jì)價(jià)格相當(dāng),這更促進(jìn)了26GHz雷達(dá)物位計(jì)的應(yīng)用。 可以預(yù)見,6GHz雷達(dá)物位計(jì)會(huì)大大降低。隨著技術(shù)的進(jìn)步,我們期待更高頻率(如:90GHz)、更小開角(如:2°,3°)、更小體積的雷達(dá)物位計(jì)的面世。我們將在此領(lǐng)域中不懈地努力,將雷達(dá)物位測量。
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