青海GDRD57雷达水位计

　　好的，我们来详细解释一下雷达物位计的工作原理，并尝试用文字描述其原理图解。

　　雷达物位计的核心工作原理是利用电磁波（通常为微波） 发射到被测物料表面并接收其回波，通过测量电磁波往返传播所需的时间来计算物料表面到天线（参考点）的距离，进而确定料位高度。

　　基本公式简单:

　　:光在空气中的速度 (约 3 * 10⁸ m/s)

　　:电磁波从天线发出到接收反射回波之间的时间差

　　:天线到物料表面的直线距离

　　:天线到罐底或零点（参考基准）的已知距离

　　:物料的实际高度 (料位)

　　信号发射: 变送器中的高频电子电路产生特定频率（如 6GHz, 26GHz, 80GHz K波段）的微波脉冲信号或连续波调频信号。

　　信号传播: 此微波信号通过天线（如喇叭天线、杆式天线、抛物面天线或导波缆/杆）向被测介质（液体、浆料、固体颗粒）的表面辐射发射出去。

　　信号反射: 当电磁波遇到介电常数（ε）明显不同于空气（或罐内气体）的物料表面时，根据物理学的反射定律，一部分能量会被反射回来。

　　介电常数越高（如导电液体、水溶液等），反射越强，信号越好。

　　介电常数越低（如干燥粉粒、泡沫、水蒸气），反射越弱，信号越差（需要更高频率或技术）。

　　信号接收: 同一个（或特定接收）天线接收到被物料表面反射回来的微弱回波信号。

　　信号处理: 这是关键的一步，电子处理单元将接收到的回波信号与发射信号进行比较和分析:

　　识别有效回波: 从接收到的信号（可能包括罐壁反射、内部结构反射、噪声等）中准确识别出物料表面的有效回波信号。

　　测量时间差 (Δt): 测量微波信号从发射到接收到有效回波所经过的时间 。

　　距离计算: 利用光速  和测得的 ，根据公式  计算出天线到物料表面的距离 。

　　物位计算: 结合预先设定或已知的罐体参考基准距离（从安装法兰/天线基准点到罐底或零点的距离 ），计算出物料的实际高度 。

　　输出信号: 将计算出的物位高度  转换成标准的工业控制信号（如 4-20 mA）或数字通信信号（如 HART, Profibus PA, Foundation Fieldbus），传输给显示仪表、控制系统或上位机。

　　想象一个侧面剖开的立式罐:

　　顶部: 罐顶安装着雷达物位计变送器头，它包含了发射器、接收器和信号处理器。

　　天线: 变送器下方连接着一个喇叭形天线（常见，用于非接触式），垂直向下延伸进入罐体空间。或者是从变送器延伸下来的一根导波缆或导波杆（用于导波雷达）。

　　罐体: 罐壁标有高度刻度。

　　罐底: 罐底标为参考点（零点）。

　　信号传输（非接触式）:

　　从喇叭天线口向下发射出圆锥状的微波束（实线箭头）。

　　箭头尖端抵达物料表面（液体或固体）。

　　在物料表面处，一个向后的箭头代表回波反射，沿原路径返回喇叭天线。

　　在喇叭天线口和物料表面之间，清晰地标注出距离 。

　　在喇叭天线法兰（安装基准点）到罐底之间，清晰地标注出参考高度 。

　　物料表面到罐底的距离即为物位高度 。

　　信号传输（导波雷达）:

　　如果使用导波雷达，则用实线表示导波缆/杆从变送器垂直伸入罐内，直达罐底附近。

　　微波信号沿着导波缆/杆表面向下传播（实线箭头沿杆）。

　　箭头在物料表面处标示。

　　在物料表面处，一个向后的箭头沿导波缆/杆向上，代表回波反射。

　　同样标出 , , 。区别是电磁波被约束在导波元件附近传播。

　　雷达物位计主要有两种实现ToF测量的技术:

　　脉冲式雷达:

　　发射固定频率的短脉冲微波信号。

　　直接测量发射脉冲与接收脉冲峰值之间的时间差 。

　　原理相对简单，成本较低。

　　需要强的回波以便检测峰值，在低介电常数或表面不稳定（波动/泡沫）时可能受限。

　　调频连续波雷达:

　　发射频率间线性变化（通常向上扫频）的连续微波信号。

　　在接收端，将当前发射的频率与被物料表面反射回来的频率（此信号在时间上有延迟，所以对应的是之前发射的较低频率）进行混频（差频）。

　　得到一个频率较低的差频信号（中频信号IF）。

　　这个中频信号的频率  与物料距离  成正比 ()。

　　测量中频频率 ，可以更地计算出距离 。

　　接收的是连续波能量，信噪比更高，抗干扰能力强，测量精度通常更高（尤其在近距离或复杂工况下），适用于低介电常数介质和存在泡沫的场合。但技术更复杂，成本通常更高。

　　非接触测量: 大多数（非导波）雷达不接触介质，适用于腐蚀性、粘稠、高压、高温等复杂工况。不受介质密度、压力、温度（本身）、气体组分（普通气体）影响。

　　抗干扰能力强: 电磁波穿透力强，能穿透泡沫、蒸汽和粉尘（粉尘过多时高频雷达效果）。

　　测量范围广: 从几米到上百米（导波雷达通常短距离更）。

　　高精度: 尤其FMCW雷达，精度可达±1mm。

　　安装相对简单: 只需预留安装法兰口。

　　维护量低: 无可动部件。

　　介质介电常数: 过低（智能诊断与维护技术进展

　　新一代雷达物位计集成AI诊断系统，能自动识别天线结垢（通过回波曲线分析）、电子元件老化（基于温度漂移监测）等故障。预测性维护功能可提前30天预警潜在失效，维护周期从6个月延长至3年。蓝牙近场通信技术允许不拆装校验，HART协议支持远程参数调整。某炼油厂应用案例显示，智能诊断使故障停机时间减少75%，标定工作量下降60%。特殊设计的自清洁天线（如旋转刮片式）可将粉尘影响降低90%，显著提升重污染环境下的可靠性。

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　　1.1工作原理

　　雷达物位计通过天线发射窄且能量很低的微波脉冲信号，这个脉冲信号以光速在空间传输，遇到被测介质发生反射，反射信号被仪表接收，发射脉冲信号与接收脉冲信号的时间间隔与基准面到被测介质表面的距离成正比，通过测量发射与接收的时间间隔，来实现天线至介质表面距离的测量。

　　1.2 应      用: 固体料位、过程容器、强粉尘、易结晶、结露场合

　　频率范围: 26GHz

　　测量范围: 0-30m

　　精      度: ±15mm

　　介质温度: -40...250℃

　　过程压力: -0.1...4.0Mpa

　　过程连接: 螺纹、法兰

　　防爆等级: Exia II CT6；Exd II CT6

　　防护等级: IP67

　　信号输出: 4...20mA/HART（两线/四线）

　　RS485/Modbus

　　①时间1:产生初始脉冲

　　②时间2:沿喇叭天线向下行进，速度C（光速）

　　③时间3:脉冲遇到介质表面发生反射

　　④时间4:反射脉冲被接收，并被处理器记录

　　⑤脉冲信号从被发射到被接收之间的时间差T，与基准面到介质表面的距离D成正比:D=C×T/2

　　⑥测量的基准面是: 螺纹底面或法兰的密封面

　　⑦ A:量程  B:低位  C:满位  D:盲区

　　图1 测量原理示意图                   ⑧运行时，高料位不能进入测量盲区D

　　1.3 技术优势

　　• 采用高达26GHz的发射频率

　　• 高频率与信噪比，是低介电常数介质的佳选择

　　• 波束角小，能量集中，具有更强抗干扰能力，大大提高了测量精度与性

　　• 测量盲区更小，对于小罐测量也会取得效果

　　• 波长更短，对于小颗粒介质与倾斜的介质表面的物位测量效果

　　• 测量灵敏、刷新速度快、天线尺寸小、安装简便、牢固、免维护

　　• 非接触式测量，无磨损，，可测量液体，固体介质的物位

　　• 几乎不受温度、压力、水蒸汽、泡沫、粉尘等复杂工况的影响

　　• 采用两线制回路供电的技术，供电电压和输出信号通过一根两芯电缆传输，节省成本

　　• 采用微处理器和回波处理技术，可适用于复杂工况

　　• 发射功率低，可安装于金属、非金属容器内，对人体环境均无伤害

　　• 带有按键的显示屏可方便设置仪表的参数

　　1.4 可应用的行业:化工与石化、电力、 钢铁及冶金、 矿产、造纸及纸浆、水及污水、食品与饮料、 制 。

　　可应用的工况:中间料仓、储仓、料斗、储罐、过程罐、搅拌罐、其他。

　　TLRD- 606万向型   石灰石（高频雷达）物位计选型

　　5.1 安装前准备

　　请注意以下事项，以确保仪表能正确安装:

　　• 请确保在过程连接的正下方没有干扰体存在！否则将导致测量错误！

　　• 请预留的安装空间！

　　• 请避免对信号转换器的强烈日照，如有必要，请安装防护罩！

　　• 请避免强烈震动的安装场合！

　　• 可以在同一容器上安装多台 MLRD-600系列雷达物位计！

　　• 为确保、便利及地安装本仪表，请遵照以下的安装指导！

　　5.2 安装指导

　　为避免测量错误及仪表故障，请遵照以下注意事项！

　　5.3 基本要求

　　安徽天缆电气有限公司，天线发射微波脉冲时，都有发射角。从螺纹或法兰下边缘到被测介质表面之间，微波发射角所辐射的区域内，不得有障碍物。因此安装时应尽可能避开罐内设施，如:人梯、限位开关、加热设备、支架等。必要时，须在空罐时进行“虚假回波学”。另外须注意微波发射角度辐射区域不得与加料料流相交。安装仪表时还要注意:高料位不得进入仪表的测量盲区，仪表距罐壁保持的距离，仪表的安装尽可能使天线的发射方向与被测介质表面垂直。安装在防爆区域内的仪表遵守国家防爆危险区的安装规定。防爆型仪表的外壳采用的是压铸铝材质。防爆型仪表安装在有防爆要求的场合时，仪表接大地。