微波物位計(jì)工作原理

　FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的詞頭的縮寫。FMCW 技術(shù)是在雷達(dá)物位測量設(shè)備中最早使用的技術(shù)。

　　FMCW微波物位計(jì)采用線性的調(diào)制的高頻信號，一般都是采用10GHz或24GHz微波信號。它是一種基于復(fù)雜數(shù)學(xué)公式的間接測量方法，由頻譜計(jì)算出物位距離。天線發(fā)射出被線性調(diào)制的連續(xù)高頻微波信號并進(jìn)行掃描，同時(shí)接收返回信號。發(fā)射微波信號和返回的微波信號之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成一定比例關(guān)系。

　　如果我們認(rèn)為被線性調(diào)制的發(fā)射微波信號的斜率為K,發(fā)射信號和反射信號的頻率為rf,滯后時(shí)間差為rt,發(fā)射天線到介質(zhì)表面的距離為R，C為光速。

那么我們可以得到：rt = 2R/C

　　由于采用的是調(diào)頻的微波信號，因此我們可得：rf = K×rt;

　　兩式合并后，我們得到公式：

　　R = C× rf/2K (公式2)

　　根據(jù)公式2，我們可以看到，天線到介質(zhì)表面的距離R與發(fā)射頻率和反射頻率差rf成正比關(guān)系。

　　信號處理部分將發(fā)射信號和回波信號進(jìn)行混合處理，得到混合信號頻譜，并通過獨(dú)立的快速傅立葉(FFT)變化來區(qū)分不同的頻率信號，最后得到準(zhǔn)確地?cái)?shù)字回波信號，計(jì)算出天線到介質(zhì)表面的距離。

　　實(shí)際上，F(xiàn)MCW信號是在兩個(gè)不同的頻率之間循環(huán)。目前市場上的FMCW微波物位計(jì)主要以兩種頻率為主：9到10GHz和24.5到25.5GHz。

　　采用FMCW原理的微波物位計(jì)都具有連續(xù)自校準(zhǔn)的處理功能。被處理的信號與 一個(gè)表示已知固定距離的內(nèi)部參照信號進(jìn)行比較。任何差值會(huì)自動(dòng)得 到補(bǔ)償，這樣消除了由溫度波動(dòng)或變送器內(nèi)部電子部件老化引起的可能的測量漂移。

　　脈沖

　　脈沖雷達(dá)物位計(jì)"> 雷達(dá)物位計(jì)，與超聲波技術(shù)相似，使用時(shí)差原理計(jì)算到介質(zhì)表面的距離。 設(shè)備傳輸固定頻率的脈沖，然后接收并建立回波圖形。信號的傳播時(shí)間 直接與到介質(zhì)的距離成一定比例。但是與超聲波使用聲波不同，雷達(dá)使用的是電磁波。它利用好幾萬個(gè)脈沖來 “掃描”容器并得到完整的回波圖。

　　通常，采用脈沖方式的微波物位計(jì)的精度和可靠性都不如FMCW微波位計(jì)，但是脈沖物位計(jì)因?yàn)閮r(jià)格較FMCW低很多，因此是目前市場應(yīng)用得最多的微波物位計(jì)。當(dāng)然，很多生產(chǎn)廠商通過增強(qiáng)回波處理功能等方式大大提高了脈沖雷達(dá)的可靠性。

　　導(dǎo)波雷達(dá)

　　也被稱作時(shí)域反射式雷達(dá)，即TDR。導(dǎo)波雷達(dá)是非接觸式雷達(dá)和導(dǎo)波天線相結(jié)合的產(chǎn)物。它將微波信號發(fā)射到導(dǎo)波桿或纜上，使微波能量集中在導(dǎo)波桿或纜周圍而不會(huì)“擴(kuò)散”。它一般都是采用脈沖波，但也有采用連續(xù)波的。

　　這種工作原理的測量方式使它具有了能夠測量較低的介電常數(shù)的介質(zhì)、能夠有效的避開容器內(nèi)干擾物的影響、不受水蒸汽的影響、可以用于測量固體等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它像所有的接觸式物位測量設(shè)備一樣，具有易粘附、易磨損，甚至造成斷纜、受粉塵影響較大的缺點(diǎn)。