脈沖雷達(dá)物位計(jì)雷達(dá)信號(hào)是一種特殊形式的電磁波，其物理特性與可見光相似，它可以穿透空間，傳播速度相當(dāng)于光速。按照電磁波的包絡(luò)波形，雷達(dá)可分為兩大類，即脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。雷達(dá)技術(shù)起初僅用于軍事，后來(lái)發(fā)展到用于監(jiān)控民用飛機(jī)，現(xiàn)在這種技術(shù)被廣泛的用于其他行業(yè)，而雷達(dá)物位計(jì)是20世紀(jì)60年代中期從油輪液位測(cè)量基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。以前由于雷達(dá)傳感器的信號(hào)分析處理要求*，價(jià)格較貴，影響了雷達(dá)式傳感器在物位測(cè)量?jī)x表中的應(yīng)用。自上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，雷達(dá)物位計(jì)由于測(cè)量精度高、具有耐高溫和高壓的特性，以及非接觸式測(cè)量原理，十分適合石化、冶金等復(fù)雜工業(yè)過(guò)程物位測(cè)量要求，成為重要物位測(cè)量的儀表之一。與一般雷達(dá)（軍用、氣象、導(dǎo)航）相比，物位雷達(dá)測(cè)距短（10~100m）所以對(duì)測(cè)量精度提出了較高的要求。雷達(dá)信號(hào)是否可以被反射，主要取決于兩個(gè)因素：被測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)電性和介電常數(shù)。所有導(dǎo)電介質(zhì)都能很好地反射雷達(dá)信號(hào)，即使介質(zhì)的導(dǎo)電性不是很好，也能被準(zhǔn)確地測(cè)量。雷達(dá)傳感器一般可以測(cè)量所有介電常數(shù)大于1.5的介質(zhì)，介質(zhì)的導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號(hào)的射效果越好。
測(cè)量原理
作為一種新型的物位測(cè)量技術(shù)，現(xiàn)在廣泛使用的雷達(dá)物位計(jì)有以下3種類型：脈沖雷達(dá)物位計(jì)、調(diào)頻連續(xù)波（Fre-quency Modulated Continuous Wave,FMCW）雷達(dá)物位計(jì)和導(dǎo)波雷達(dá)（Guided Wave Radar,GWR）物位計(jì)。
脈沖雷達(dá)采用高頻、窄脈沖對(duì)微波源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以波束的形式發(fā)射固定頻率（即載波頻率）的脈沖波，在介質(zhì)表面反射后由接收器接收，脈沖的時(shí)間行程決定了由發(fā)射天線至介質(zhì)表面的距離。由于t的數(shù)值極小，因此這種方法不適合近距離的高精度測(cè)量。
脈沖雷達(dá)也能測(cè)量界面，只要上層介質(zhì)的介電常數(shù)低于下層介質(zhì)。雷達(dá)波遇到低介電常數(shù)介質(zhì)會(huì)將一定強(qiáng)度的波反射，其余波繼續(xù)在介質(zhì)中傳播，直至遇到高介電常數(shù)介質(zhì)界面后再反射，通過(guò)測(cè)量該回波的時(shí)間差即可實(shí)現(xiàn)界面測(cè)量。
大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型的脈沖微波物位計(jì)都采用5.8GHz或6.3GHz的微波頻率，其輻射角較大（約30°），容易在容器壁或內(nèi)部構(gòu)件上產(chǎn)生干擾回波。雖然加大喇叭天線尺寸可稍微減少發(fā)射角度，但體積增大，使用不便。
調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)物位計(jì)
與脈沖雷達(dá)相比，調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)天線發(fā)射的微波是頻率波線性調(diào)制的連續(xù)波，當(dāng)回波被天線接收到時(shí)，天線發(fā)射頻率已經(jīng)改變，于是通過(guò)測(cè)量雷達(dá)波往返信號(hào)的頻譜而非雷達(dá)波的往返時(shí)間進(jìn)行物位測(cè)量。 調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的基本測(cè)量原理，雷達(dá)物位計(jì)探頭同時(shí)進(jìn)行雷達(dá)波的發(fā)射和接收，由于回波信號(hào)頻率的滯后，使得反射頻率與發(fā)射信號(hào)頻率之間有頻差，而該頻差△f與雷達(dá)物位計(jì)測(cè)量的距離H呈正比關(guān)系，即H越大，△f也越大。因此，通過(guò)對(duì)鋸齒波的頻差檢測(cè)即可得到一個(gè)高精度的物位信號(hào)。為了排除干擾信號(hào)，雷達(dá)物位計(jì)的信號(hào)處理電路通常測(cè)量混合信號(hào)頻譜，用快速傅立葉變換（FFT）來(lái)計(jì)算混合信號(hào)，從中對(duì)混合信號(hào)頻譜進(jìn)行分析，排除掉干擾信號(hào)，然后確定天線到反射界面的距離。信號(hào)頻譜由于采用了FMCW的測(cè)量原理，使雷達(dá)波能夠*的“射”向測(cè)量介質(zhì)，使其抗*力加強(qiáng)，“失波”的可能性降到zui低，從而提高了它的可靠性，從而完成測(cè)量。
早期的調(diào)頻連續(xù)雷達(dá)是采用平均頻率計(jì)數(shù)的方式，對(duì)回波中頻信號(hào)進(jìn)行處理以獲取回波中的距離信息。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度較高，但只能適用于單目標(biāo)的場(chǎng)合。20世紀(jì)80年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，調(diào)頻連續(xù)雷達(dá)回波中頻的處理普遍采用數(shù)字信號(hào)處理的方法獲取回波中頻的距離譜，根據(jù)其zui大值點(diǎn)所處距離位置來(lái)測(cè)量距離。這種方法主要是進(jìn)行FFT運(yùn)算，計(jì)算出回波在距離軸上的功率譜曲線，可充分利用調(diào)頻連續(xù)雷達(dá)的高距離分辨率和高測(cè)距精度的特點(diǎn)，適用于更為復(fù)雜的目標(biāo)環(huán)境，是近距離微波測(cè)距的重要手段。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)與脈沖雷達(dá)相比，連續(xù)波不僅能夠消除距離盲區(qū)，而且采用大的帶寬能夠獲得高的距離分辨率和測(cè)距精度，在高精度近距離測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)
脈沖雷達(dá)液位測(cè)量?jī)x表天線的輻射能約為1mW，是一種微弱的信號(hào)，當(dāng)這種信號(hào)發(fā)射進(jìn)入空氣中傳播時(shí)，能量減弱的非?？?，當(dāng)信號(hào)到達(dá)液面并反射擊回來(lái)時(shí)，自液面反射的信號(hào)強(qiáng)度與液面的介電常數(shù)有直接關(guān)系，介電常數(shù)非常低的非導(dǎo)電類介質(zhì)反射回來(lái)的信號(hào)非常小，這種被削弱的信號(hào)在返回至安裝于罐頂部接收天線的途中，能量又被進(jìn)一步削弱，這會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)液位計(jì)所接收到的返回信號(hào)能量小于它所發(fā)出信號(hào)能量的1%；當(dāng)液面出現(xiàn)波動(dòng)和泡沫時(shí)，情況就變得更復(fù)雜，它將信號(hào)散射脫離傳播途徑或吸收大部分能量，從而使返回到雷達(dá)液面計(jì)接受天線的信號(hào)更加弱小或無(wú)信號(hào)返回；另外，當(dāng)儲(chǔ)罐中有攪拌器、管道等障礙物時(shí)，這些障礙物也會(huì)反射電磁波信號(hào)，從而產(chǎn)生虛假的液位信號(hào)。
為了彌補(bǔ)脈沖雷達(dá)液位計(jì)的這些缺陷，導(dǎo)波雷達(dá)液位儀表應(yīng)運(yùn)而生，導(dǎo)波雷達(dá)的工作原理與常規(guī)通過(guò)空間傳播電磁波的雷達(dá)非常相似，導(dǎo)播雷達(dá)物位計(jì)的基礎(chǔ)是電磁波的時(shí)域反射（Time Domain Refectory TDR）原理，采用該原理可以發(fā)現(xiàn)埋地電纜和墻內(nèi)埋高電纜的斷頭，測(cè)電纜斷頭時(shí)，TDR發(fā)生器發(fā)出的電磁脈沖信號(hào)沿電纜傳播，遇到斷頭時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量反射脈沖；同時(shí)，在接收器中預(yù)先設(shè)定好的與電纜總長(zhǎng)度相應(yīng)的阻抗變化也引發(fā)一個(gè)基本脈沖，將反射脈沖與基本脈沖相比較，可測(cè)出斷頭的位置。將該原理用于物位測(cè)量時(shí)，微波脈沖不是在空間傳播，而是通過(guò)一根（或兩根）從罐頂伸入、直達(dá)罐底的導(dǎo)波體傳播。導(dǎo)波體可以是金屬硬桿或柔性金屬纜繩。TDR發(fā)生器每秒中產(chǎn)生約20萬(wàn)個(gè)能量脈沖，當(dāng)這些脈沖遇到波導(dǎo)體與液體表面的接觸處時(shí)，由于波導(dǎo)體在氣體中和在液體中的導(dǎo)電性能大不相同，這種波導(dǎo)體導(dǎo)電性的改變使波導(dǎo)體的阻抗發(fā)生驟然變化，從而產(chǎn)生一個(gè)液位反射原始脈沖，同時(shí)在波導(dǎo)體的頂部具有一個(gè)預(yù)先設(shè)定的阻抗，該阻抗產(chǎn)生一個(gè)可靠的基本脈沖，該脈沖又稱為基線反射脈沖。雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)到液位反射原始脈沖，并與基線反射脈沖相比較，從而計(jì)算出介質(zhì)的液位高度，由于高導(dǎo)電性介質(zhì)液位產(chǎn)生較強(qiáng)的反射脈沖，而低導(dǎo)電性介質(zhì)產(chǎn)生的反射較弱。低導(dǎo)電性介質(zhì)使得某些電磁波能沿著波導(dǎo)體穿過(guò)液面繼續(xù)向下傳播，直至*消失或被一種較高導(dǎo)電性的介質(zhì)反射回來(lái)，因此可以采用導(dǎo)播雷達(dá)測(cè)量?jī)煞N液體界面（如油/水界面等），只要界面下的液體介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于界面上液體的介電常數(shù)。
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