微波物位计

测量液体、浆料等物位的仪器

微波物位计俗称雷达（Radar）物位计，雷达是英文Radio Detection and Raging（无线电检测与测距）首字母的缩写词。微波物位计工作方式类似雷达：向被测目标发射微波，由目标反射的回波返回发射器被接收，与发射波进行比较，确定目标存在并计算出发射器到目标的距离。

分类

雷达物位计按工作方式可以分为非接触式和接触式两种。

非接触式微波物位计常用喇叭或杆式天线来发射与接收微波，仪表安装在料仓顶部，不与被测介质接触，微波在料仓上部空间传播与返回。安装简单、维护量少，并且不受料仓内气体成分、粉尘、温度变化等的影响，深受用户欢迎，可替代劳动强度大的人工投尺或带重锤的卷尺、维修率高的接触式仪表（重锤探测式yo-yo）、电容等。因此，非接触式微波物位计是近年来发展最快的物位测量仪表。

接触式微波物位计一般采用金属波导体（杆或钢缆）来传导微波，仪表从仓顶安装，导波杆直达仓底，发射的微波沿波导体外部向下传播，在到达物料面时被反射，沿波导体返回发射器被接收。

技术方案

目前世界上的微波（雷达）物位计通有脉冲法（PULS）和连续调频法（FMCW）两种。

连续调频(FMCW)技术

连续调频(FMCW)技术测量物位是将传播时间转换成频差的方式，通过测量频率来代替直接测量时差，来计算目标距离。发射一个频率被线性调制的微波连续信号，频率线性上升(下降)，所接收到的回波信号频率也是线性上升(下降)的，两者的频率差将比例于离目标的距离。

频率被调制的信号通过天线向容器中被测物料面发射，被接收的回波频率信号和一部分发射频率信号混合，产生的差频信号被滤波及放大，然后进行快速傅利叶变换(FFT)分析，FFT分析产生一个频谱，在此频谱上处理回波并确认回波。

脉冲波技术

脉冲波测距是由天线向被测物料面发射一个微波脉冲，当接收到被测物料面上反射回来的回波后，测量两者时间差(即微波脉冲的行程时间)，来计算物料面的距离。

微波发射和返回之间的时差很小，对于几米的行程时间要以纳秒来计量。脉冲测距采用规则的周期重复信号，并重复频率(RPF)高。

主要厂商

现今雷达物位计市场基本还是以进口的品牌产品为主，主要由VEGA、E+H、SIEMENS西门子、KEOHNE、EMERSON等公司，其中SIEMENS 西门子的固体雷达在物位测量领域较多的业绩和口碑。

频率选择

目前微波物位计使用的微波频率有三个频段：C波段(5.8～6.3GHz)、X波段(9～10.5GHz)、K波段(24～26GHz)。制造商根据自己的技术及国家批准的频率来设计产品。

物位测量中的微波一般是定向发射的，通常用波束角来定量表示微波发射和接收的方向性。波束角和天线类型有关，也和使用的微波频率(波长)有关。

对于常用的圆锥形喇叭天线来说，微波的频率越高，波束的聚焦性能越好，即波束角小，在实际使用中这是十分重要的，低频微波物位计有较宽的波束，如果安装不得当，将会收到内部结构产生的较多的虚假回波，例如：采用4”喇叭天线的26GHz雷达的典型波束角为8°，而5.8GHz 的典型波束角为17°。并且，微波的频率越高，其喇叭尺寸也可以做的越小，更易于开孔安装。目前还没有频率高于K波段（24—26GHz）的微波（雷达）物位计。

而X波段雷达由于没有明显的应用特点，而在各大物位厂商的雷大物位技术发展中趋于被淘汰。

应用领域

现今物位测量领域困扰用户的是一些大型固体料仓的物位测量，特别是用于50/100米以内的充满粉尘和扰动的加料状态下的料仓。相关技术的仪表例如电容或导波雷达TDR在放料时物位下降时会受到很强的张力负载，可能会损坏仪表或把仓顶拉塌掉。重锤经常有埋锤的问题，需要经常维修，大多数其他机械式仪表也是这样。而高粉尘工况又可能会超出非接触式超声波物位测量系统的能力。

高频的调频雷达技术尤其适合这种大型固体料仓的物位测量！

现今的高频雷达一般为工作在K波段(24～26GHz)的雷达物位计，雷达的工作频率越高其电磁波波长越短，越容易在倾斜的固体表面有更好的反射，并具有较窄的波束宽度，可有效避开障碍物，高的频率还可使雷达使用更小的天线。而FMCW调频连续波微波物位计发射和接受信号是同时的，相同时间内发射的微波信号更多，固体测量中可减少高粉尘固体料仓测量中的失波现象。因此固体测量中高频的调频雷达能提供准确、可靠的测量，并在例如化工行业中的PP粉末、PE粉末等介质中也有良好应用。但由于技术限制，现今还没有工作在K波段以上的高频雷达物位计。

也有使用5.8GHz ~ 10GHz的低频雷达测量固体，但由于其较低的频率、较长的波长其发射波不容易被漫反射，在高粉尘工况下会导致很多的二次或多次回波，干扰和噪声很大，因此固体粉料测量中逐渐被淘汰。

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