一种新型国产雷达水位计的设计-论文.pdf

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1、第5期水利信息化N0．52015年10月WaterResourcesInformatizationOct一2015一种新型国产雷达水位计的设计牛睿平，张健。，王美玲，陈志峰(1．水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京210012；2．水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏南京210012：3．太湖流域管理局水文局(信息中心)，上海200080：4．江苏省水文水资源勘测局，江苏南京210008)摘要：雷达水位计是一种非接触式的水位测量仪器，目前国内市场主要使用的是进口产品，国产雷达水位计已在研制中。从

2、测量方式的选择、测量原理、设计需求、整机结构、信号流程等方面介绍一种新型国产雷达水位计(wLH一1型)的设计，分析样机的测试情况。研制的国产雷达水位计在性能上已基本达到进口仪器水平，后续做好产业化的基础，能取代进口仪器，有着广泛的应用前景。关键词：国产；雷达水位计；工作原理；设计；测试中图分类号：P335文献标识码：A文章编号：1674—94O5(2015)O5—0034—050引言非接触式测量技术有以激光、红外光等光源为载波的光电测距方式，以微波为载波的微波测距方式，雷达水位计是一种采用快速脉冲雷达技术

3、实现以超声波为代表的声波测距方式等。虽然不同测距水位测量的水位仪器，测量时不受温度梯度、水流方式的工作原理和信号处理过程有所区别，但基本流速、流水含沙、水中污染物及沉淀物的影响，具思路都是通过对目标返回的回波信息进行分析，以有完全非接触的特点，同时在测量精度上高于机械获得源与目标的相对距离。其中，激光和红外方式式或压力式水位计，在不方便建设水位井及需要高在测量时需要特定合作目标，另外，这几种非接触精度数据时有着很强的应用需求。目前国内主要使式测量技术在测量过程中都会受到恶劣天气、温湿用的雷达水位计都是从国

4、外采购的，成本高，投资度、空气中粉尘的影响。在实际应用中对于不同的大。开发出性能可靠稳定的国产雷达水位计，对于测量领域，需要根据性能要求、环境适应性和硬件填补国产水文自动化测量仪器序列的空白，降低成成本等因素综合考虑，选择最佳的测距方式。本，减轻水文职工的劳动强度，有着十分重要的意几种测距方式在技术性能上进行的综合比较如义。目前已研发出WLH一1型雷达水位计。表1所示。1．2测距方式的选择1测距方式及测量原理水文和环境监测部门在水位监测的应用中，监测地点通常位于偏远场合，现场一般无交流电供1．1测距方式的

5、类型应，需要全天候工作，有时水流还具有腐蚀性，这设计非接触式的水位测量仪器，需要选择一就要求测距系统具有良好的环境适应性，测量装置定技术手段测量传感器到水面的距离，再通过计算的功耗需要满足无交流电的工作情况，同时测量装得出实际的水位值，因此，选择合适的测距方式对置的体积应尽可能小以便于安装，另外，在数据的于水位仪器的精度和稳定性十分必要。目前常用的存储和传输上也需要满足行业的相关规定。收稿日期：2015-04-22基金项目：南京水利科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(Y914012)

6、作者简介：牛睿平(1973一)，男，陕西汉中人，高级工程师，主要从事计算机软件设计、工程项目管理、技术方案咨询等工作。第5期牛睿平等：一种新型国产雷达水位计的设计35表1测距方式技术性能的比较的用于地表水液位测量的非接触式专业水位雷达，主要以水液面高度为探测对象。雷达水位计工作频率为24GHz，发射功率为5mW，测量范围为0．8～35．0m；测量精度为±10mm；防水能力满足IP67标准(浸没深度最大1m，浸没时间最长48h)；电源要求为6～24V，DC；待机时功耗<2mA，9V。2．2主要特点雷达水位计

7、采用发射频率为24GHz的专业水从表1可以看出，激光和红外线方式容易受位雷达，波束角小，能量集中，具有很强的抗干扰天气和环境等干扰的影响，在不利的测量环境下，能力，大大提高了精确度和可靠性；雷达水位计使微波测量却表现出更大的优越性，主要体现在微波用微波阵列天线，尺寸小，测量盲区小，便于安具有稳定的测量性能和良好的环境适应性，受雨、装；采用脉冲工作方式，使得发射功率超低，性能雪、雾的干扰小，可以适应各种天气变化。同时，稳定；通过单片机编程控制雷达水位计进行数据采微波测距系统不仅可以测量目标距离，而且还可以集

8、、收发、存储，使用简单方便，易操作，且可远测量目标物体的相对速度及方位角等参数。此外，程批量调取数据。主要特点如下：在相同测量条件下，使用微波工作，能使电路元件1)高效稳健。节能和非接触式的测量技术使得尺寸更小，从而使测距系统小型化。雷达水位计在测量时不受温度梯度、水中污染物及电磁微波测距从发射信号的形式区分主要有沉淀物的影响，可以获取精确的测量结果满足用户脉冲和连续波2种调制方式。连续波测量方式测量的需求。范围大，作用目标复