导波雷达液位计检测单元的研究与设计.pdf

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1、导波雷达液位计检测单元的研究与设计刘明，等导波雷达液位计检测单元的研究与设计ResearchandDesignoftheDetectionUnitintheGuidedWaveRadarLevelGauge纠明1复建镑2(上海理工大学光电信息与计算机工程学院1，上海200090；上海工业自动化仪表研究院2，上海200233)摘要：针对现代工业的测量要求，提出了一种导波雷达液位计的硬件设计方案。考虑到液位测量死区比较小、测量精度比较高，且安装环境比较恶劣等因素，采用超宽带雷达脉冲作为脉冲发射源，并以双杆作为传播

2、介质。同时，为了解决因传播距离比较短而造成的测量时间和回波幅值较小这一问题，引入了基于等效时间采样和相干测量方法的接收系统。仿真结果表明，该设计可用于导波雷达液位计，满足测量要求，并具有良好的性能。关键词：导波雷达液位计时域反射原理等效时间脉冲信号步进电路中图分类号：TH816文献标志码：AAbstract：Aimingatthemeasuringrequirementsofmodemindustry，ahardwaredesignschemeofguidedwaveradarlevelgaugeisprop

3、osed．Consideringthefactorsofsmalldeadzone，higheraccuracy，andthebadinstallationenvironment，eta1．inliquidlevelmeasurement．ultra—widebandradarpulseisusedaspulsetransmittingsource．andtherigidtwinrodsareusedastransmissionmedia．Sincetheshortmeasuringtimecausedbyt

4、henearerpropagationdistance，andthelowechoamplitude，thereceivingsystembasedonequivalenttimesamplingandcoherentmeasurementmethodisproposed，Simulationresultsshowthatthedesigncanbeusedinguidedwaveradarlevelgauge；itmeetsthemeasuringrequirementandfeaturesgoodperf

5、ormance．Keywords：GuidedwaveradarlevelgaugePrincipleoftimedomainreflectionEquivalenttimePulsesignalSteppingcircuit0引言传统的物位测量有很多方法，利用时域反射技术来实现对物位的测量，是最近几年物位测量技术的主要方向。其原理是：安装在储存装置顶部的探头向储存装置内发射电磁波，电磁波传播到被测物料上，在物料表面上产生反射并被探头接收；通过测量传播时间，根据电磁波的传播速度计算物位。通常按照电磁波的发射形

6、式，雷达可分为连续雷达和脉冲雷达；按照其传播途径，它可分为天线式雷达和导波式雷达¨o。本系统采用的是导波式脉冲雷达，所发射的雷达波为超宽带(ultra-wideband，UWB)脉冲。1测量原理导波雷达液位计的测量采用时域反射技术(timedomainreflector，TDR)。此技术可以快捷地确定传输系统中阻抗不连续点的位置和性质。时域反射采用的是脉冲发射法。根据电磁波传输理论，从变送器端发射一个脉冲信号，该信号会沿着杆进行传输，在传输介修改稿收到日期：201l一09—26。第一作者刘明(1987一)，男

7、，现为上海理工大学控制理论与控制工程专业在读硕士研究生；主要从事分布式控制系统、工业现场总线的研究。质介电常数发生改变的位置会产生回波反射，反射波幅度与入射波幅度的比值称为反射系数。通过测量反射系数，计算对应负载阻抗的大小；再根据传输线的特征阻抗，就能分析出不同介电常数物质的性质。同时通过测量发射脉冲和反射脉冲之间的时问间隔，可以计算出发射面与反射面之间的距离，从而实现对位置的测量‘2。。假设液面到发射端的距离为D，电磁波从发射到1接收所用的时间为t。，则D=÷×t。。二本系统采用的电磁波为UWB电磁波，超宽

8、带UWB定义为：相对其中心频率有高比例的带宽。超宽带使用脉宽很窄的基带脉冲，典型的脉冲为纳秒量级。为了能够检测出回波，当脉冲前沿反射回变送器时，脉冲后沿应该已经发射出来，避免形成一段无法测量的死区。由于电磁波发射波和反射波之间的时间差非常小，这里用等效时问采样法将时间放大到微处理器能够识别的时间范围。2硬件系统实现方案2．1测量系统结构系统的检测部分由微处理器、信号处理电路和探杆组成，其中信号处理电