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如何让雷达物位计实现最佳性能?(三)

华创测控 华创测控技术有限公司 2026-03-19 16:40

续接前文,下面介绍一下雷达的测量范围、安装及被测介质的介电常数的影响。

测量范围

频率和天线尺寸对测量范围有影响。但被测材料的介电常数和测量工况的安装条件,对测量范围影响也很大。

低频信号具有较长的波长,比高频信号传输的距离要短。雷达发射器可测量范围约为分别为:导波雷达(0.5~1.8GHz)测量范围最大20米;脉冲雷达TOF(26GHz)测量范围最大70米;调频连续波FMCW雷达(80GHz)测量最大范围120米。对于大多数应用程序而言,这已经足够了。选型时要根据实际的工况测量介质来选雷达的适合量程和天线尺寸。如:有蒸汽的工况要选3.5寸透镜天线的80G雷达,有粉尘的工况要选3.5寸的80G雷达或大喇叭口121的26G雷达。而且不同的天线类型和不同的量程,其雷达的测量盲区也不相同。

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天线的尺寸和类型也对传输距离有影响。大天线传输的距离比小天线传输的距离更远,能量聚焦也更强。喇叭型天线、“水滴”型、“抛物线”、杆和平面天线,都是用来满足不同应用需求和测量范围的天线样式。


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雷达发射器的安装条件

即使选择了最好的雷达,如果安装不当,也会造成不良后果。在安装中必须考虑现有的条件。被测材料的介电常数、安装类型、位置和目标表面都会产生影响。

凝结,通常由雷达发射器天线上的水形成,会引发问题。水的介电常数高达80dc。在典型的喇叭形天线中,水滴凝聚在喇叭内部,会引起干扰并影响电磁信号的发射。这种干扰会导致信号中的“噪声”并降低能量。如果凝结的水足够多,会导致雷达锁定近区,导致故障。

为了解决冷凝问题,已经开发出几种特殊的天线设计,来避免“冷凝”的影响。如果在应用条件下必须使用传统喇叭型天线,可以添加一个四氟套筒,以防止雷达凝结;如果有粉尘的工况可以加吹扫来防止灰尘堆积。因为空气介电强度很低,它不会干扰微波信号。用压力为60至70 psi的空气吹扫,如由电磁阀激活的冲击波,可以保持喇叭的清洁,这是一种常见而行之有效的方法。

必须考虑容器内部的障碍物。搅拌器、加热线圈、套管、和容器内的其它组件,都可能会干扰雷达传输。80 GHz雷达较窄的波束角,在避免大多数的障碍物方面,效果明显;其余无法避免的部分则需要从信号评估中加以消除,以防止发射器将障碍物视为虚假料位信号。

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图中显示了搅拌器信号的包络曲线

通常,干扰信号会被“排除”掉,因此雷达发射器就会忽略它们。图中显示了通过虚假回波学习后排除搅拌器干扰的料位测量信号评估。图2中的红线是返回的微波能量提供的信号。黑线则消除了搅拌器反射的信号,这样发射器就只计算实际的料位信号。对于有效并被视为料位的信号而言,信号水平必定要高于图中所示。

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有虚假干扰信号的曲线如下图:

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介电常数的影响: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。反射能量取决于被测材料的介电常数。高介电常数材料,比如水会反射出全部或大部分的能量。低介电常数材料,如碳氢化合物,则反射的能量较少。下图为介电常数与频率的关系图: 

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不仅仅是雷达的频率,天线设计、智能算法和安装位置,也对罐体或筒仓料位的成功测量起着重要的作用。越是复杂的和对精度要求高的应用,获取最佳频率和天线的设计就越关键。

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