智能雷达液位计的核心原理可以概括成一句话:天线向下发射高频电磁波,电磁波遇到液面后反射回来,仪表通过“时间差”或“频率差”算出天线到液面的距离,再用罐高减去这个距离,得到液位高度。
基本测量公式
雷达液位计属于“俯视式”非接触测量。
天线安装在罐顶;
微波以接近光速向下传播;
遇到液面、料面或界面时,因介电常数突变产生反射;
仪表接收回波后计算距离;
液位 = 罐参考高度 − 天线到液面的距离。
其中,介电常数越高,反射越强,回波越容易识别;介电常数过低时,回波会变弱,测量更容易受干扰。
脉冲雷达:测“时间差”
脉冲雷达发射一系列短微波脉冲,记录发射脉冲和回波脉冲之间的时间间隔。
距离计算公式为:
D = c × t / 2
其中:
D:天线到液面的距离;
c:电磁波传播速度;
t:发射到接收的时间差。
脉冲雷达结构相对简单,常用于一般液体、固体料位测量。
FMCW 调频连续波:测“频率差”
现在主流智能雷达液位计多采用 FMCW 调频连续波。
它不是发短脉冲,而是连续发射频率随时间线性变化的微波信号。回波返回时,由于传播有延迟,接收频率与当前发射频率之间会出现一个频率差。这个频率差与距离成正比。
处理过程通常是:
发射线性调频连续波;
接收液面反射回波;
比较发射频率与接收频率,得到频率差;
通过 FFT 快速傅里叶变换生成回波频谱;
从频谱中识别真实液面回波;
换算成距离和液位。
FMCW 的优点是抗干扰能力更强、回波识别更精细,适合精度要求高或工况复杂的场合。
导波雷达:沿导波杆/缆传播
导波雷达不是自由空间传播,而是让微波沿金属杆或缆绳向下传播。当波遇到介质表面时,因介电常数突变产生反射。
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