球面天线雷达波液位计及其数值校正方法

     0　引　言

     从石油储备基地到化学工厂、河流、水库等过程管理中,常常使用液位计进行液位测量和管理。目前液位计产品主要有浮子式液位计、压力式液位计、电容式液位计、超声波式液位计、雷达波式液位计等。其中,雷达波液位计产品利用调频连续波(FMCW)或脉冲雷达波技术测量液位,20世纪70年代最初用于石油储罐原油液面测量,80年代扩大到一般工业过程管理液位测量,90年代后期在市场上开始大量普及。采用调频连续波(FMCW)的雷达液位计一般价格昂贵,难以满足水利建设中水位管理的需要。水库大坝等水位截流后下流水面波动较大,往往测量距离较长,要求液位测量具有足够的精度。常规的喇叭天线脉冲波液位计在液面波动情况下往往难以取得足够的信号强度而导致精度和量程有限[1~2]。本文介绍一种球面天线雷达波液位计和工程数值处理方法。该方法的最大量程从以往产品的10m提高到20m,测量精度达±10mm,已应用于多处液位检测与管理过程。

    1　测量原理

    如图1所示,通过安装在水面上方的雷达波液位计来测量液体液位。脉冲波式雷达液位计通过内部回

路产生5·8GHz频率脉冲信号,由本体聚丙烯材质探头经球面天线向被测液面发射,经液面反射后天线同时接收反射信号。通过检测脉冲雷达波从发射到返回接收的往返时间,液位计和液体表面之间的距离与雷达波的传播时间成正比,从而测量液位计和液面之间的距离或者换算成液面高度。和喇叭口天线或杆状天线相比,球面天线能大范围发射和接受液面信号,尤其是液面凹凸不平时有足够的返回信号强度,可以实现长距离测量。雷达波液位计和液面之间的距离为

图2为雷达波液位计测量的接线图。采用二线制技术,即通过两根电线供给电源,同时还输出液位测量信号(4~20mA)。通过HART转换器与计算机相连,在计算机画面上直接进行标定和采集数据。也可通过雷达液位计显示器内藏键盘进行设定。雷达波液位计的主要特点是非接触式液位测量,与接触式液位计比维护简单,可靠性高。采用二线制测量技术,具有4~20mA模拟信号输出和HART输出,可以利用计算机直接进行现场数据采集。能反射雷达波的液体液面均可测量。被测对象导电系数越大,雷达波反射能力越强,信号强度越大,可测试距离越长。通常,油的导电系数为1·9,水的导电系数为80。在日本,河流水库,甚至街道积水目前也都广泛采用雷达波液位计进行水位测量和管理。

    2　数值校正

    按照产品生产过程,采用分级数值校正方法。首先本体采用标准长度同轴电缆校正;然后,本体和天线组装成整机后采用实际距离进行测量校正,产品在现