如何让雷达物位计实现最佳性能?(一)
华创测控 华创测控技术有限公司 2026-03-19 11:01
雷达的频率、天线设计、智能算法和安装位置,对罐体或筒仓料位的成功测量都起着重要的作用。越是复杂和对精度要求高的应用工况,获取最佳频率和天线的设计就越关键。
雷达用于料位测量时按测量方式可分为接触式测量和非接触式测量两种。接触式测量的导波雷达,发射频率在0.5~1.8GHz;非接触式测量自由空间雷达发射器通常使用26GHz和80GHz频率。最近,有很多关于高频雷达发射器的炒作,一些公司声称:频率越高,性能就越好。其实,这不一定是真的。相反,精度取决于频率、波束角、天线配置和安装,但最重要的还是被测介质本身的介电常数。
由 自由空间雷达发射器有两个主要的操作原理:飞行时间即脉冲式测量(TOF)和调频连续波测量(FMCW)。每个都以“时间”作为距离测量的基础,但是计算的方式各不相同。
一、飞行时间即脉冲式测量(TOF)雷达使用发射器发射的微波脉冲。当微波能量到达被测对象时,由于介电常数(液体或固体表面)的变化而导致阻抗发生变化,微波能量被反射。
微波以光速移动,雷达检测微波脉冲到达表面并返回所需要的时间。所得的时间除以二,获得距离测量表面的距离。发射器从测量范围减去距离测量,就能得到储罐内或筒仓的料位。
二、调频连续波(FMCW)雷达,同样将微波能对准被测材料的表面。和TOF雷达一样,反射的能量取决于材料的介电常数。调频连续波雷达发射连续的能量流而不是脉冲,频率是连续调制或变化的。所以,对于一个80 GHz (FMCW)雷达而言,发射器的频率可能会从79GHz开始,然后逐步上升到81GHz。
发射器将从物料表面反射的频率与发送出去的频率进行比较。频率之差等于微波到达物料表面并返回的时间。就像TOF雷达一样,从测量范围中减去距离测量,就能得到应用的料位。
80GHz调频连续波雷达
尽管厂家援引各种各样的原因,想说明一种技术比另外一种技术更好,但其实无论采用哪种技术都应考虑具体的应用细节。这两种技术都使用微波能量以光速传输,能量的反射则取决于被测材料的介电常数,所以两种方法都是通过测量时间来确定距离或者料位。
频率效应
影响测量信号准确性和可用性的因素有很多,包括频率、天线类型、安装条件和被测材料的介电常数。

空图1:该图比较了同一个复杂应用中,80 GHz的雷达发射器尖锐的峰值以及26 GHz雷达反射器较圆的峰值。
发射器频率影响精度、波束角度和天线尺寸。与较高频发射器相比,低频发射器一般不太准确,因为较低频率发射器所产生的信号分辨率较差。图1显示了26 GHz和80 GHz雷达发射器之间的包络曲线比较。80 GHz雷达(红线)产生的脉冲是大约26 GHz脉冲(蓝线)长度的一半。这提供了更精确的反射和更高的准确性。
26 GHz脉冲比80 GHz脉冲宽得多。发射器解码此脉冲并确定料位的位置。蓝色箭头表明可以在多个点解码。发射器可以将前沿、中心或以下边缘解码为料位,从而会影响精度。由于80GHz发射器脉冲更尖锐,这就将解码限制到一个点,如红色箭头所示。结果是,在过程应用中,26 GHz发射器的精度通常是3到6毫米,而80 GHz发射器可以提供1至2毫米的精度。
先进的算法可以应用到精确度要求小于1毫米的罐体测量。80 GHz雷达反射的波峰也相当尖锐,这使得准确测量料位相对更容易。使用80 GHz的过程雷达,在应用中的测量精度可以达到毫米级,使用80GHz的罐体测量和托管传输雷达的精度要小于1毫米。频率也会影响发射器信号传播的波束角。较低频率的发射器比更高频率的发射器产生更宽的波束角。在某些应用中,宽波束角可能比窄波束角更适合。
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