脈沖雷達(dá)物位計雷達(dá)信號是一種特殊形式的電磁波，其物理特性與可見光相似，它可以穿透空間，傳播速度相當(dāng)于光速。按照電磁波的包絡(luò)波形，雷達(dá)可分為兩大類，即脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。雷達(dá)技術(shù)起初僅用于軍事，后來發(fā)展到用于監(jiān)控民用飛機(jī)，現(xiàn)在這種技術(shù)被廣泛的用于其他行業(yè)，而雷達(dá)物位計是20世紀(jì)60年代中期從油輪液位測量基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。以前由于雷達(dá)傳感器的信號分析處理要求*，價格較貴，影響了雷達(dá)式傳感器在物位測量儀表中的應(yīng)用。自上個世紀(jì)九十年代以來，雷達(dá)物位計由于測量精度高、具有耐高溫和高壓的特性，以及非接觸式測量原理，十分適合石化、冶金等復(fù)雜工業(yè)過程物位測量要求，成為重要物位測量的儀表之一。與一般雷達(dá)（軍用、氣象、導(dǎo)航）相比，物位雷達(dá)測距短（10~100m）所以對測量精度提出了較高的要求。雷達(dá)信號是否可以被反射，主要取決于兩個因素：被測介質(zhì)的導(dǎo)電性和介電常數(shù)。所有導(dǎo)電介質(zhì)都能很好地反射雷達(dá)信號，即使介質(zhì)的導(dǎo)電性不是很好，也能被準(zhǔn)確地測量。雷達(dá)傳感器一般可以測量所有介電常數(shù)大于1.5的介質(zhì)，介質(zhì)的導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號的射效果越好。
測量原理
作為一種新型的物位測量技術(shù)，現(xiàn)在廣泛使用的雷達(dá)物位計有以下3種類型：脈沖雷達(dá)物位計、調(diào)頻連續(xù)波（Fre-quency Modulated Continuous Wave,FMCW）雷達(dá)物位計和導(dǎo)波雷達(dá)（Guided Wave Radar,GWR）物位計。
脈沖雷達(dá)采用高頻、窄脈沖對微波源信號進(jìn)行調(diào)制，以波束的形式發(fā)射固定頻率（即載波頻率）的脈沖波，在介質(zhì)表面反射后由接收器接收，脈沖的時間行程決定了由發(fā)射天線至介質(zhì)表面的距離。由于t的數(shù)值極小，因此這種方法不適合近距離的高精度測量。
脈沖雷達(dá)也能測量界面，只要上層介質(zhì)的介電常數(shù)低于下層介質(zhì)。雷達(dá)波遇到低介電常數(shù)介質(zhì)會將一定強(qiáng)度的波反射，其余波繼續(xù)在介質(zhì)中傳播，直至遇到高介電常數(shù)介質(zhì)界面后再反射，通過測量該回波的時間差即可實現(xiàn)界面測量。
大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型的脈沖微波物位計都采用5.8GHz或6.3GHz的微波頻率，其輻射角較大（約30°），容易在容器壁或內(nèi)部構(gòu)件上產(chǎn)生干擾回波。雖然加大喇叭天線尺寸可稍微減少發(fā)射角度，但體積增大，使用不便。
調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)物位計
與脈沖雷達(dá)相比，調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)天線發(fā)射的微波是頻率波線性調(diào)制的連續(xù)波，當(dāng)回波被天線接收到時，天線發(fā)射頻率已經(jīng)改變，于是通過測量雷達(dá)波往返信號的頻譜而非雷達(dá)波的往返時間進(jìn)行物位測量。 調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的基本測量原理，雷達(dá)物位計探頭同時進(jìn)行雷達(dá)波的發(fā)射和接收，由于回波信號頻率的滯后，使得反射頻率與發(fā)射信號頻率之間有頻差，而該頻差△f與雷達(dá)物位計測量的距離H呈正比關(guān)系，即H越大，△f也越大。因此，通過對鋸齒波的頻差檢測即可得到一個高精度的物位信號。為了排除干擾信號，雷達(dá)物位計的信號處理電路通常測量混合信號頻譜，用快速傅立葉變換（FFT）來計算混合信號，從中對混合信號頻譜進(jìn)行分析，排除掉干擾信號，然后確定天線到反射界面的距離。信號頻譜由于采用了FMCW的測量原理，使雷達(dá)波能夠*的“射”向測量介質(zhì)，使其抗*力加強(qiáng)，“失波”的可能性降到zui低，從而提高了它的可靠性，從而完成測量。
早期的調(diào)頻連續(xù)雷達(dá)是采用平均頻率計數(shù)的方式，對回波中頻信號進(jìn)行處理以獲取回波中的距離信息。該方法結(jié)構(gòu)簡單，精度較高，但只能適用于單目標(biāo)的場合。20世紀(jì)80年代以后，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，調(diào)頻連續(xù)雷達(dá)回波中頻的處理普遍采用數(shù)字信號處理的方法獲取回波中頻的距離譜，根據(jù)其zui大值點所處距離位置來測量距離。這種方法主要是進(jìn)行FFT運算，計算出回波在距離軸上的功率譜曲線，可充分利用調(diào)頻連續(xù)雷達(dá)的高距離分辨率和高測距精度的特點，適用于更為復(fù)雜的目標(biāo)環(huán)境，是近距離微波測距的重要手段。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)與脈沖雷達(dá)相比，連續(xù)波不僅能夠消除距離盲區(qū)，而且采用大的帶寬能夠獲得高的距離分辨率和測距精度，在高精度近距離測量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
導(dǎo)波雷達(dá)物位計
脈沖雷達(dá)液位測量儀表天線的輻射能約為1mW，是一種微弱的信號，當(dāng)這種信號發(fā)射進(jìn)入空氣中傳播時，能量減弱的非?？?，當(dāng)信號到達(dá)液面并反射擊回來時，自液面反射的信號強(qiáng)度與液面的介電常數(shù)有直接關(guān)系，介電常數(shù)非常低的非導(dǎo)電類介質(zhì)反射回來的信號非常小，這種被削弱的信號在返回至安裝于罐頂部接收天線的途中，能量又被進(jìn)一步削弱，這會導(dǎo)致雷達(dá)液位計所接收到的返回信號能量小于它所發(fā)出信號能量的1%；當(dāng)液面出現(xiàn)波動和泡沫時，情況就變得更復(fù)雜，它將信號散射脫離傳播途徑或吸收大部分能量，從而使返回到雷達(dá)液面計接受天線的信號更加弱小或無信號返回；另外，當(dāng)儲罐中有攪拌器、管道等障礙物時，這些障礙物也會反射電磁波信號，從而產(chǎn)生虛假的液位信號。
為了彌補(bǔ)脈沖雷達(dá)液位計的這些缺陷，導(dǎo)波雷達(dá)液位儀表應(yīng)運而生，導(dǎo)波雷達(dá)的工作原理與常規(guī)通過空間傳播電磁波的雷達(dá)非常相似，導(dǎo)播雷達(dá)物位計的基礎(chǔ)是電磁波的時域反射（Time Domain Refectory TDR）原理，采用該原理可以發(fā)現(xiàn)埋地電纜和墻內(nèi)埋高電纜的斷頭，測電纜斷頭時，TDR發(fā)生器發(fā)出的電磁脈沖信號沿電纜傳播，遇到斷頭時，就會產(chǎn)生測量反射脈沖；同時，在接收器中預(yù)先設(shè)定好的與電纜總長度相應(yīng)的阻抗變化也引發(fā)一個基本脈沖，將反射脈沖與基本脈沖相比較，可測出斷頭的位置。將該原理用于物位測量時，微波脈沖不是在空間傳播，而是通過一根（或兩根）從罐頂伸入、直達(dá)罐底的導(dǎo)波體傳播。導(dǎo)波體可以是金屬硬桿或柔性金屬纜繩。TDR發(fā)生器每秒中產(chǎn)生約20萬個能量脈沖，當(dāng)這些脈沖遇到波導(dǎo)體與液體表面的接觸處時，由于波導(dǎo)體在氣體中和在液體中的導(dǎo)電性能大不相同，這種波導(dǎo)體導(dǎo)電性的改變使波導(dǎo)體的阻抗發(fā)生驟然變化，從而產(chǎn)生一個液位反射原始脈沖，同時在波導(dǎo)體的頂部具有一個預(yù)先設(shè)定的阻抗，該阻抗產(chǎn)生一個可靠的基本脈沖，該脈沖又稱為基線反射脈沖。雷達(dá)液位計檢測到液位反射原始脈沖，并與基線反射脈沖相比較，從而計算出介質(zhì)的液位高度，由于高導(dǎo)電性介質(zhì)液位產(chǎn)生較強(qiáng)的反射脈沖，而低導(dǎo)電性介質(zhì)產(chǎn)生的反射較弱。低導(dǎo)電性介質(zhì)使得某些電磁波能沿著波導(dǎo)體穿過液面繼續(xù)向下傳播，直至*消失或被一種較高導(dǎo)電性的介質(zhì)反射回來，因此可以采用導(dǎo)播雷達(dá)測量兩種液體界面（如油/水界面等），只要界面下的液體介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于界面上液體的介電常數(shù)。
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