调频连续波雷达简介

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一直以来，工业生产场合里储罐内介质的计量方面，都是一个比较困难的问题。由于技术原因，多数液位测量的仪表只能用于监控，不能用于计量。工业生产上最初采用的是压力式液位传感器，其原理就是把压力信号转换成液位信号，但其测量的精度无法达到计量的要求。从20世纪80年代开始，采用电磁波技术的雷达液位计，开始用于液位测量，其精度只能达到10~15mm，也满足不了计量的要求。随着雷达技术的成熟，调频连续波技术的雷达液位计出现，使雷达计量成为现实。西安定华电子股份有限公司（以下简称：定华电子）研究生产的DHE-RD-5100系列FMCW调频连续波雷达液位计已经可以达到±1mm的精度，满足工业场合计量的要求。

1 调频连续波雷达与普通雷达的区别

1.1 普通脉冲雷达（PTOF）

传统的雷达液位计是利用超高频电磁波经天线向被测容器的液面发射，当电磁波到达液面后反射回来，被同一天线接收并检测出发射波及回波的时差，从而计算出液面高度。

雷达液位计采用发射--反射--接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比。

关系式如下：

D=CT/2

D——雷达液位计到液面的距离

C——光速

T——电磁波运行时间

雷达液位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。

由于该液位计是靠时间来计算数值的，一般是采用时间拓展技术，根据采用多次测量求均值的方法获得最终结果；此技术决定了其精度为5~10mm。对于一些精度要求非常高的工况，这个精度距离达到计量的要求，还有一定差距。

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1.2 调频连续波雷达（FMCW）

定华电子最新研发的120G超高频调频连续波雷达，应用了主频为123GHz的超高频信号，这个信号在118GHz到128GHz之间是按线性变化的，该信号从天线发出，经被测介质反射后，回波由天线接收。发射的信号频率与回波接收的频率差与测量距离成正比。通过FFT后频率差呗转化为频谱差，进而换算出测量距离。总量程减去测量距离，即为实际的液位高度。

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2 普通脉冲雷达与调频连续波雷达的比较

对于普通脉冲雷达，脉冲的时间行程可以直接返回到不受温度影响的石英振荡器。对于调频连续波雷达，必须采用昂贵的振荡器温度稳定装置，或安装内部的参考源，通常需要不断地进行自动校准。

采用普通脉冲雷达测量的雷达仅在很少的工作时间内向振荡系统供电，采用调频连续波雷达的雷达液位计在整个工作过程期间，约有一半的时间需向振荡系统供电。

普通脉冲的雷达液位计制造成本相对较低，而调频连续波的雷达液位计制造成本相对较高；

普通脉冲雷达的精度一般可以达到±3~±10mm，但调频连续波雷达，精度却可以达到±1mm；

普通脉冲雷达，量程一般可以达到30M，但调频连续波雷达，量程最大可以超过100M；

普通脉冲雷达，测量介质的挥发、结晶等物理特性有可能对其测量产生影响；相比较而言，调频连续波雷达的波束角更小，能量更集中，穿透性更强，更适用于液面波动剧烈，带搅拌等比较恶劣的工况。

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是的，采用普通脉冲雷达测量的雷达仅在很少的工作时间内向振荡系统供电，采用调频连续波雷达的雷达液位计在整个工作过程期间，约有一半的时间需向振荡系统供电。