微波物位計

微波物位計俗稱雷達（Radar）物位計，雷達是英文Radio Detection and Raging（無線電檢測與測距）首字母的縮寫詞。微波物位計工作方式類似雷達：向被測目標發射微波，由目標反射的回波返回發射器被接收，與發射波進行比較，確定目標存在並計算出發射器到目標的距離。

基本介紹

• 中文名：微波物位計
• 工作方式：非接觸式和接觸式

分類

雷達物位計按工作方式可以分為非接觸式和接觸式兩種。

非接觸式微波物位計常用喇叭或桿式天線來發射與接收微波，儀表安裝在料倉頂部，不與被測介質接觸，微波在料倉上部空間傳播與返回。安裝簡單、維護量少，並且不受料倉內氣體成分、粉塵、溫度變化等的影響，深受用戶歡迎，可替代勞動強度大的人工投尺或帶重錘的捲尺、維修率高的接觸式儀表（重錘探測式yo-yo）、電容等。因此，非接觸式微波物位計是近年來發展最快的物位測量儀表。

接觸式微波物位計一般採用金屬波導體（桿或鋼纜）來傳導微波，儀表從倉頂安裝，導波桿直達倉底，發射的微波沿波導體外部向下傳播，在到達物料面時被反射，沿波導體返回發射器被接收。

技術方案

目前世界上的微波（雷達）物位計通有脈衝法（PULS）和連續調頻法（FMCW）兩種。

連續調頻(FMCW)技術

連續調頻(FMCW)技術測量物位是將傳播時間轉換成頻差的方式，通過測量頻率來代替直接測量時差，來計算目標距離。發射一個頻率被線性調製的微波連續信號，頻率線性上升(下降)，所接收到的回波信號頻率也是線性上升(下降)的，兩者的頻率差將比例於離目標的距離。

頻率被調製的信號通過天線向容器中被測物料面發射，被接收的回波頻率信號和一部分發射頻率信號混合，產生的差頻信號被濾波及放大，然後進行快速傅利葉變換(FFT)分析，FFT分析產生一個頻譜，在此頻譜上處理回波並確認回波。

脈衝波技術

脈衝波測距是由天線向被測物料面發射一個微波脈衝，當接收到被測物料面上反射回來的回波後，測量兩者時間差(即微波脈衝的行程時間)，來計算物料面的距離。

微波發射和返回之間的時差很小，對於幾米的行程時間要以納秒來計量。脈衝測距採用規則的周期重複信號，並重複頻率(RPF)高。

主要廠商

現今雷達物位計市場基本還是以進口的品牌產品為主，主要由VEGA、E+H、SIEMENS西門子、KEOHNE、EMERSON等公司，其中SIEMENS 西門子的固體雷達在物位測量領域較多的業績和口碑。

頻率選擇

目前微波物位計使用的微波頻率有三個頻段：C波段(5.8～6.3GHz)、X波段(9～10.5GHz)、K波段(24～26GHz)。製造商根據自己的技術及國家批准的頻率來設計產品。

物位測量中的微波一般是定向發射的，通常用波束角來定量表示微波發射和接收的方向性。波束角和天線類型有關，也和使用的微波頻率(波長)有關。

對於常用的圓錐形喇叭天線來說，微波的頻率越高，波束的聚焦性能越好，即波束角小，在實際使用中這是十分重要的，低頻微波物位計有較寬的波束，如果安裝不得當，將會收到內部結構產生的較多的虛假回波，例如：採用4”喇叭天線的26GHz雷達的典型波束角為8°，而5.8GHz 的典型波束角為17°。並且，微波的頻率越高，其喇叭尺寸也可以做的越小，更易於開孔安裝。目前還沒有頻率高於K波段（24—26GHz）的微波（雷達）物位計。

而X波段雷達由於沒有明顯的套用特點，而在各大物位廠商的雷大物位技術發展中趨於被淘汰。

套用領域

現今物位測量領域困擾用戶的是一些大型固體料倉的物位測量，特別是用於50/100米以內的充滿粉塵和擾動的加料狀態下的料倉。相關技術的儀表例如電容或導波雷達TDR在放料時物位下降時會受到很強的張力負載，可能會損壞儀表或把倉頂拉塌掉。重錘經常有埋錘的問題，需要經常維修，大多數其他機械式儀表也是這樣。而高粉塵工況又可能會超出非接觸式超音波物位測量系統的能力。

高頻的調頻雷達技術尤其適合這種大型固體料倉的物位測量！

現今的高頻雷達一般為工作在K波段(24～26GHz)的雷達物位計，雷達的工作頻率越高其電磁波波長越短，越容易在傾斜的固體表面有更好的反射，並具有較窄的波束寬度，可有效避開障礙物，高的頻率還可使雷達使用更小的天線。而FMCW調頻連續波微波物位計發射和接受信號是同時的，相同時間內發射的微波信號更多，固體測量中可減少高粉塵固體料倉測量中的失波現象。因此固體測量中高頻的調頻雷達能提供準確、可靠的測量，並在例如化工行業中的PP粉末、PE粉末等介質中也有良好套用。但由於技術限制，現今還沒有工作在K波段以上的高頻雷達物位計。

也有使用5.8GHz ~ 10GHz的低頻雷達測量固體，但由於其較低的頻率、較長的波長其發射波不容易被漫反射，在高粉塵工況下會導致很多的二次或多次回波，干擾和噪聲很大，因此固體粉料測量中逐漸被淘汰。