雷达液位计工作原理

雷达液位计工作原理（通用4篇）

雷达液位计工作原理 篇1

雷达液位计的工作原理

发射—反射—接收是雷达液位计的基本工作原理。

雷达传感器的天线以波束的形式发射电磁波信号，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。微波测距示意图如图1所示。

图中，E－空槽（罐）的高度；F—满槽（罐）的高度； D—探头至介质表面的距离；L—实际物位

雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与探头到介质表面的距离D成正比，即：

D=v×t/2

式中，t—脉冲从发射到接收的时间间隔 v—波形传播速度

因空槽距离E已知，故实际物位的距离L为：

L=E-D 式中，E的基准点是过程连接的底部

在发射的时间间隔里，天线系统作为接收装置使用。仪表分析、处理运行

时间小于十亿分之一秒的回波信号，并在极短的一瞬间分析处理回波。

雷达传感器利用特殊的时间间隔调整技术将每秒的回波信号进行放大、定位，然后进行分析处理。因此雷达传感器可以在0.1s内精确细致地分析处理这些被放大的回波信号，无须花费很多时间来分析频率。

雷达液位计的特点

雷达液位计最大的特点是在恶劣条件下功效显著。无论是有毒介质，还是腐蚀性介质，也无论是固体、液体还是粉尘性、浆状介质，它都可以进行测量。在测量方面，具有以下特点：

1、连续准确地测量

由于电磁波的特点，不受环境的影响。故其测量的应用场合比较广。雷达液位计的探头与介质表面无接触，属非接触测量，能够准确、快速地测量不同的介质。探头几乎不受温度、压力、气体等的影响（500℃时影响仅为0.018%，50bar时为0.8%）。

2、对干扰回波具有抑制功能

比如，波束范围内接头引起的干扰回波和进料或出料的噪声引起的干扰回波等可由内部的模糊逻辑控制自动进行抑制。

3、准确安全节省能源

雷达液位计在真空、受压状态下都可进行测量，而且准确安全，可*性强。可以不受任何限制，适用于各种场合。雷达液位计采用材料的化学性、机械性都相当稳定，且材料可以循环利用，极具环保功效。

4、无须维修且可*性强

微波几乎不受干扰，与测量介质不直接接触，几乎可以被应用于各种场合，如真空测量、液位测量或料位测量等。由于高级材料的使用，对情况极其复杂的化学、物理条件都很耐用，它可以提供准确可*、长期稳定的模拟量或数字量的物位信号。

5、维护方便，操作简单

雷达液位计具有故障报警及自诊断功能。根据操作显示模块提示的错误代码分析故障，及时确定故障予以排除，使维护校正更加方便、准确，保障仪表的正常运行。

6、适用范围广，几乎可以测量所有介质

从槽罐体的形状来说，雷达液位计可以对球罐、卧罐、柱形罐、圆柱椎体罐等的液位进行测量；从罐体功能来说，可以对储罐、缓冲罐、微波管、旁通管中的液位进行测量；从被测介质来说，可以对液体、颗粒、料浆等进行测量。

雷达液位计的应用

1、安装注意事项

（1）天线平行于测量槽壁，利于微波的传播。

（2）安装位置距槽壁距离应大于30cm，以免将槽壁上的虚假信号误做回波信号。

（3）尽量避开下料区、搅拌器等干扰源，使波束范围内无固定物，提高信号的可信度。

（4）接管直径应小于或等于屏蔽管长度（100mm或250mm）。

差压式液位变送器的测量原理

差压式液位变送器的测量原理

差压式液位变送器安装在液体容器的底部，通过表压信号反映液位高度。在制药、食品、化工行业液位测量控制过程中，盛装液体的容器经常处于有压的情况下工作，此时常规的静压式液位变送器变不能满足测量要求，LY-P200系列差压式变送器是兰宇电气自动化有限公司开发研制的全新型工业压力变送器。由于在传感器电路和结构上的改进，LY-P200已提高了差压液位测量技术在制药和食品行业的实用价值。现在，这种新型液位测量技术已被制药、食品及其它行业领域应用。

由于行业规范和标准的要求，需要进行特殊环境的工艺处理，既要求量程小、精度高，又要求耐高温、耐腐蚀及高过载承受能力的液位变送器。

依据这一方面的要求，LY-P200液位变送器采用进口的陶瓷电容压力传感器，纯净的陶瓷基体，无任何填充液，不产生工艺污染，能满足食品、医药行业要求，同时与被测介质连接元件采用316L不锈钢制作，连接方式有快装卡盘和法兰盘等形式。陶瓷传感器和316L不锈钢无毒、耐腐蚀且便于清洗，可满足制药和食品卫生行业要求。

工 作 原 理

压式液位计测量原理图。当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据流体静力学原理，有：

PB=PA+Hρg（2-1）式中： H——液体高度；

ρ——被测介质密度；

g——被测当地的重力加速度。由式（2-1）可得：

ΔP= PB－PA= Hρg

在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压计测得的差压与液体的高度H成正比，这样就把测量液体的高度的问题变成了测量差压的问题。

主 要 性 能 指 标

二．几种常见油罐液位计的性能特点及选用

油罐是油田炼油厂、油库、油品码头及石化企业普遍需要使用的储存设备，对罐内液体介质(石油化工产品)而言，主要是要测量其液位、温度、密度和压力(带压储罐)等参数，据以计算出储液的体积及质量储量。油罐一般分为中间罐和贸易罐两大类，中间罐仅对液位、温度和压力(带压储罐)等参数进行监测，以防止油罐发生冒顶、抽真空等事故，并不需要交接监控计量；对贸易罐内介质的液位、温度、密度、体积、质量则必须经常监测和计量，且精度要求很高。不同的大小和种类的油罐，所用液位计的性能特点也不一样，因此，根据用户的需要及投资要求，合

理选用液位计，以便达到最合理的性能价格比。1常见液位计的性能特点 1．1人工测量尺：

利用浸入式刻度钢皮尺测量液位，取样来测量油温和比重，通过计算得到罐内储液体积和重量。这是一种古老的也是至今仍被全世界广泛使用的储罐计量方法，它可以用作现场检验其它测量仪表的参考手段。人工液位测量的精确度一般认为是使用的刻度钢尺精度加上±2mm的人为读数误差。1．2浮子式钢带液位计

这种液位计国外从三十年代就开始使用，至今仍有比较高的市场占有率，其优点是观测比较直观、价格便宜，其缺点是传动部件比较多，易发生机械故障，13常维护量大，对安装要求也比较高，需要生产厂家现场指导安装。对于投资有限的项目，中、小型罐仍可考虑选用该液位计，但高度在16m以上的油罐不宜采用，因为油罐越高，对安装平行度、垂直度以及盘簧的质量要求也越高；外浮顶罐也不宜采用此种液位计，因为容易受到风的影响，使指针不停摆动，导致出现指示 不稳定并且容易破环衡力盘簧。另一种光导液位计也属于这一行列。这两种液位计适用于中小炼厂、小油库及中间原料油罐区。1．3伺服式液位计

伺服式液位计被广泛用于储罐液位的高精度测量，它是一种多功能仪表，既可以测量液位也可以测量界面、密度和罐底。该液位计基于浮力平衡的原理，用一台伺服电机驱动体积较小的浮子，使浮子随液位或介面变化，能够精确测量出液位等参数。这种液位计的特点是：

(1)由于不存在滑轮、齿轮的摩擦力，测量精度比较有保证(±0．9mm)； ’(2)由于几乎没有传动机械部件，可靠性高，同时故障率比较低；

(3)可以测量液位、界位、介质比重等参数。其与计算机联网，具有很强的数据处理能力，经运算处理可以给出油罐计量所需要的各种参数，如液位、界位、体积、密度、水尺、质量等； 1．4磁致式液位计

磁致式液位计是一种新型的非接触式的液位计，是目前精度最高的选择，可以安装在油罐的顶部

或侧面，其工作原理是利用磁场脉冲波，测量时液位计的头部发出电流“询问脉冲”，此脉冲同时产生磁场，沿波导管内的感应线向下运行，在液位计管外配有浮子，浮子可随液位沿侧杆上下移动，浮子内设有一组永久磁铁，其磁场与脉冲产生的磁场相遇则产生一个新的变化磁场，随之产生新的电磁“返回脉冲”，测定“询问脉冲”和“返回脉冲”的周期便可知道液位的变化。因此，磁致式液位计是以浮子为测量元件通过磁耦合的变化传递到指示器，使指示器能够清晰地指示出液位的高度，液位计配备有液位报警器和液位变送器。报警器可实现液位的上下限控制及极限报警，液位变送器可以将液位的变化转换成一定强度的电流信号。该液位计使用特点如下：

(1)可动部分只有浮子，故维护量小，安装比较简单，精度也比较高；(2)可测量介质的液位和温度，但不适合重质(粘度大)油品的测量；(3)在工程实际安装时，经常出现安装时的底部固定问题，而且越长的测量范围，实际安装越复杂；(4)价格非常高昂。1．5超声波液位计

罐外用超声波液位计由主机、探头、金属结构件3部分组成，它主要是用于对铁路罐车、汽车罐车及卧式罐等的液位测量。超声波液位计原理是采用了超声波在罐外穿透罐壁及液体的方法，通过接收液体表面回波信号，测出液面高度。这种液位计采用712mhz晶振和专制晶闸管，发射功率大，接收灵敏度较高，能接收到2次穿透金属罐壁与液体后反射回的超声波信息；具有液位超上限和低于下限的声光报警，防震、防腐、防雷、防爆性能良好；主机电源设计先进，保证主机工作电流为lmA，防止多出电压共用地线出现对液晶屏幕干扰现象发生，超声波液位计通过了高低温、振动、运输进程和防电磁干扰试验，保证在我国地理环境复杂的条件下正常使用。罐外用超声波液位计尤其适用于铁路罐车液体充装过程中的充装量多少的监督控制，保证用户向罐内 充装的液体容量控制在铁路罐车安全运输容量，但是其高昂的价格目前很难实现普及应用。

2.选用液位计的原则：

(1)油罐容积：对大型罐(10000～lO0000m)及比较大液化气罐可选用性能较高液位计，中小罐可选用一般液位计；

(2)油罐用途：贸易罐应选用高精度液位计，中间罐可用一般液位计；

(3)介质特性：储存粘度大的介质(如重油)时，应尽量采用与被测介质不接触或少接触类型的液位计，如雷达式、超声波式和磁致式液位计，轻油可采用一般液位计；

雷达液位计工作原理 篇2

【关键词】雷达液位计 原油储罐 外浮顶 导波管 阵列天线

浮顶罐已经成为了储备基地普遍采用的原油储罐，而储罐的液位数据极其重要，不但要防止油罐冒顶、抽真空等事故发生，还要根据液位变化计算出储罐中原油输转、存储的体积量。在保障安全生产的前提下完成贸易交接。目前经常采用的液位计主要有伺服式液位计、钢带式液位计、磁致伸缩液位计及雷达液位计等几类，其中前几种均属于接触式的测量原理，对于原油这种粘稠的介质，其维护量较大，故障率较高，因此不宜采用。而雷达液位计由于采用了非接触式的测量原理，因而具有操作简单、维护方便等优点。

1.雷达液位计的特点

雷达液位计之所以受到诸多油田企业的青睐，主要是因为该测量方法相对于其他方法来说，具有诸多优势。首先，雷达液位计是一体化设计，在具体使用过程中，各个机械之间不会出现磨损的情况，使用寿命较长。其次，雷达液位计在测量过程中其天線所发射出来的电磁波，在传输的过程中不会受到任何介质的阻碍，不但能够及时测量，而且测量的结果精度高。再次，雷达液位计的测量范围很大，最大可以达到35m 左右，可以适用于高温、高压的液位测量。最后，雷达液位计中所涉及到的天线，所采用的都是高质量的材料，具有较强的抗腐蚀性，即使在极其恶劣的环境下，也能够正常使用。

2.非接触式雷达液位计的基本原理

对于非接触式雷达液位测量，目前存在两种主要调制技术，即脉冲雷达技术和调频连续波雷达（FMCW）技术。

（1）非接触式脉冲雷达发送微波信号，信号在产品液面反弹并返回测量仪。变送器对发射信号和接收的回波信号之间的时间差进行测量，然后板载微处理器利用下列公式对液面距离进行计算。

距离=（光速x时间差）/2

只要将应用场合的测量参照高度（通常为储罐或旁通管底部）输入到变送器的程序中，微处理器即可计算出液位。误差一般为5～10mm.

（2）调频连续波（FMCW）雷达也向产品表面传送微波，但传送雷达波不再是固定的工作频率，而是被调制成围绕基本工作频率、以固定速率连续变化的高频率信号（GHz级）。雷达信号被液体表面反射后，天线接收回波由于雷达波频率不断变化，使回波与新发射的雷达波的频率不同而形成频率差Af。Af与雷达头到液面的距离（a）成正比。基于这种频率数字信号的FMCW技术是一种数字化技术，它能够有效地提高信噪比并获得更高的精度，误差低于1mm。

这两种方式的液位计都有其各自的特点，脉动冲式地是在时域中进行信号的分析，而调频连续波是在频域中进行信号的分析。两者相比较而言，前者的测量精度较低，但功耗较低，可采用二线制。后者的测量精度较高但功耗大，电子电路较为复杂，而且必须采用四线制。对于计量级高精度雷达液位计，测量原理可采用调频连续波式（FMCW）。

3.浮顶罐雷达液位计的选型及安装

3.1浮顶罐雷达液位计的选型

由于原油浮顶储罐的构成介质中，涉及到钢制浮盘，我们曾经将带喇叭天线的雷达安装在支架上测量其浮盘，但由于浮顶本身在上下移动过程中的摆动、变形等因素，效果不理想。

因此，如何透过浮盘来对储罐内的液位进行有效测量便成为了液位仪表选择所面临的一项主要问题。一种解决的办法是将雷达安装在浮顶的导向柱上。但是，由于原油是一种粘度较大的介质，当其从高液位下降到低液位时，会在导波管内产生严重的挂壁现象，影响测量效果。目前，可供雷达液位计选择的天线类型主要有锥形天线（喇叭口）、杆形、导波管阵列天线和抛物面型天线几种。如图1：

根据之前对普通储罐天线选择的经验来看，天线发射电磁波信号的能力以及抗干扰能力与其尺寸是有直接关系的，尺寸越大，其发射电磁波的能力就越强，抗干扰能力也随之增强。反之，则越弱。由此可见，在三种可选天线中，效果最好的应该是抛物面型天线，但这种类型的天线只适合普通原油储罐。根据浮顶罐的特点，该选择带有导波管的雷达天线：即锥形（喇叭口）和阵列天线，利用这种类型的天线对液位进行测量，可以用导波管穿过浮盘进行直接检测，轻松的解决了上述问题。事实证明，此种方法不仅能够直接对液位进行测量，而且其测量结果也非常精确。

在原油外浮顶罐中， 图2 所示为喇叭天线雷达在有挂壁现象的导波管内所测得的回波曲线。图中实际液位在距离罐顶15.5米 左右，但由于挂壁的影响，雷达指示值经常在某高位（距离罐顶4.17米））与实际液位之间跳动。究其原因，是传统的喇叭天线或杆式天线的电磁波的能量分布特性。图3所示为喇叭天线所发射电磁波在导波管中的能量分布。图中深色部分为能量密度大的部分，浅色部分为能量密度小的部分。从中可以看出，电磁波与导波管的管壁有较大面积的接触，因此，当导波管内壁不平整（例如焊缝、粘附等）时，会影响测量的效果。

为了克服导波管内壁不平整对测量的影响，我们采用阵列天线这种特殊的天线，它能够动态平衡电磁波能量的方向，使其不触及管壁。这种阵列天线实际上是一个由若干个小天线组成的天线阵，其电磁波在导波管内的能量分布如图4所示。所发射的电磁波的能量集中在导波管的中心，与管壁接触部分能量很小，因此其受不平整的管壁的影响也较小。采用阵列天线测量原油浮顶罐液位，在导波管存在挂壁现象是得到的回波曲线如图5所示。从图5中可以看出，与喇叭天线相比，阵列天线的回波曲线中原油挂壁的影响很小，雷达可以很清楚地识别出液位回波。

3.2导波阵列天线在外浮顶原油罐的安装

外浮顶原油罐上，导波阵列天线一般推荐安装于储罐的导向柱上，导向柱要求为DN150、DN200、DN250或DN300固定内径的金属管。用过的旧导波管必须进行内部清洗，而且要求导波管无变形、无生锈或无过多开口。

罗斯蒙特5900S导波管阵列天线有两种不同的安装形式，固定型和铰接盖型，可满足多种要求：（1）带有一片法兰的固定性导波管阵列天线适用于无需打开储罐进行人工投尺的场合，易于安装，如图

（2）铰接盖型的导波管阵列天线适用于需要利用导波管进行人工投尺或抽样的场合。无需在短管上侧开口。但安装时需流出一定间距用于开口。如图

4.结语

雷达最初只作为军事用途，现在它已被广泛应用于交通和仪表行业，并起着举足轻重的作用。特别是雷达液位计在罐区液位的测量，它与石油化工自动化相结合，不仅实现了精确计量，而且也简化了整个工艺的流程，提高了生产效率，同时也保证了安全生产。对于大型原油外浮顶罐的液位测量，采用导波阵列天线雷达液位计，可以有效地克服原油挂壁的影响，得到理想的测量结果。

参考文献：

[1]中石油《油气储运项目设计规定》中《输油管道工程雷达液位计技术规格书》

[2]刘晓丽，邓展飞，郭勇.雷达液位计在长庆原油储罐上的应用[J]，中国石油和化工标准与质量，2011（04）.

[3]张琦. 雷达液位计在外浮顶原油储罐中的设计与应用[J]，中国化工贸易，2014（2）.

雷达生命探测仪的工作原理 篇3

美国莱福Lifelocator 3+型雷达生命探测仪实物图：

雷达生命探测仪是通过测试被探测者的呼吸运动或者移动来工作的。美国莱福雷达生命探测仪采用超宽带无线传输技术，在地震、建筑物坍塌、泥石流、雪崩等灾难现场，无需进入即可帮助消防特勤或抢险救援人员在2、3分钟内探测到被困人员。体积小、重量轻、无需探针和线缆、布置操作方便、并具防水功能。适用于现场工作环境并满足如下技术要求: 可帮助抢险救援人员几分钟内在地震、建筑物坍塌、泥石流、雪崩等灾难现场探测到被困人员。整套装置由雷达信号发射器和掌上电脑显示器组成；雷达发射器利用超宽带传输技术发射雷达波，并将信号处理后以无线的方式发射给掌上电脑；电脑内嵌入数百种人呼吸时胸部动态数据信号，掌上电脑将收到的信号进行杂波处理、波形比对后，直接给

出有无生命迹象的标志。使得救援人员的现场搜索工作变得非常简单。可与电脑连接传输数据，操作系统为windows mobile 6.0，中文操作菜单。不足之处是雷达波不能穿透大面积纯的金属板（钢筋混凝土可以穿透）。

特点：无探针、无线缆、体积小、重量轻、现场安装方便、操作简单（傻瓜型）、定位精确、坚固耐用、具有防水功能，可在雨天操作。

雷达生命探测的是采用无线探测发射器的原理： ◆尺寸：45×45×23 cm ◆重量：11kg（包括电池）

◆废墟瓦砾中探测距离：静止目标8m内，移动目标10m内

◆探测反应时间：可在3分钟内检测出瓦砾中是否有生命体存在，目标响应时间小于3s ◆穿透能力：可穿透10m深的废墟 ◆废墟瓦砾中探测范围：大于78 m2 ◆探测角度：120°角

◆符合美国联邦通信委员会（FCC）认证

◆无论在阳光下还是在黑暗环境中都能清晰读取掌薄数据 掌上操作显示器

◆PDA掌上电脑，方便携带

◆专业探测软件集成了上千种人体呼吸心跳模式，使探测结果更精确 ◆当探测到幸存者时，能显示其与探测器间的距离 ◆USB接口可与电脑连接传递数据

检测曲线 雷达原理大作业 篇4

姓 名： 杨宁 学 号：14020181051

专 业： 电子信息工程 学 院： 电子工程学院

swerlingI

一、基本原理：

（1）第一类称SwerlingⅠ型, 慢起伏, 瑞利分布。

接收到的目标回波在任意一次扫描期间都是恒定的(完全相关), 但是从一次扫描到下一次扫描是独立的(不相关的)。假设不计天线波束形状对回波振幅的影响, 截面积σ的概率密度函数服从以下分布:

1p()e式中，σ为目标起伏全过程的平均值。式(5.4.14)表示截面积σ按指数函数分布, 目标截面积与回波功率成比例, 而回波振幅A的分布则为瑞利分布。由于A2=σ, 即得到

Ap(A)2A0A222A01（2）第二类称SwerlingⅡ型, 快起伏, 瑞利分布。

目标截面积的概率分布为快起伏, 假定脉冲与脉冲间的起伏是统计独立的。

（3）第三类称SwerlingⅢ型, 慢起伏, 截面积的概率密度函数为

p()2exp24这类截面积起伏所对应的回波振幅A满足以下概率密度函数(A2=σ):

且有σ=4A20/3。

（4）第四类称SwerlingⅣ型, 快起伏。

3A29A3p(A)exp22A042A0第一、二类情况截面积的概率分布, 适用于复杂目标是由大量近似相等单元散射体组成的情况, 虽然理论上要求独立散射体的数量很大, 实际上只需四五个即可。许多复杂目标的截面积如飞机, 就属于这一类型。

第三、四类情况截面积的概率分布, 适用于目标具有一个较大反射体和许多小反射体合成, 或者一个大的反射体在方位上有小变化的情况。用上述四类起伏模型时, 代入雷达方程中的雷达截面积是其平均值σ。

本次主要对swerling I型目标的检测概率曲线进行仿真。

二、仿真设计：

Swerling I 型目标的特点是目标回波在任意一次扫描期间都是恒定的（完全相关），但是从一次扫描到下一次扫描是独立的（不相关的）。下面在虚警概率为1e-8的情况下仿真其检测曲线，结果如下图所示：

三、源程序：

主函数部分：

clear all SNRdB=-10:0.5:20;SNR=10.^(SNRdB/10);N=10;i=1;Pd1(i,:)=Pd_swerling1(N);

这个函数用来得出Pd的表达式。

function Pd=Pd_swerling1(N)SNRdB=-10:0.5:20;SNR=10.^(SNRdB/10);%信噪比 n=length(SNR);Pf=1e-8;

T=threshold(Pf,N);%调用threshold(Pf,N)计算门限

Pd=(1+1./(N*SNR)).^(N-1).*exp(-T./(1+N*SNR));这个函数用于迭代得出门限。

function T=threshold(Pf,N)

Nf = N * log(2)/ Pf;

sqrtPf = sqrt(-log10(Pf));sqrtN = sqrt(N);

T0=N-sqrtN+2.3*sqrtPf*(sqrtPf+sqrtN-1.0);%递归初值 T=T0;delta=10000;eps=1e-8;

while(abs(delta)>= T0)igf = gammainc(T0,N);num=0.5^(N/Nf)-igf;temp=1;

for i=1:N-1;%由于N取大值时计算易发散，所以将阶乘（N-1）！分解计算

temp1=T0/i/exp(1);temp=temp*temp1;end deno = exp(-T0+N-1)*temp;