雷达开创物位测量新纪元讲义
雷达基本工作原理课件-新版.ppt
微波传输线 发射脉冲
发射机
T/R 触发器
天线 回波
接收机
电源
船电
显示器
Fig1-2 (2)
回波 船首线 方位
精品
T/R
Receiver
Transmitter
第二节 雷达的基本组成、作用
一、基本组成七部分及作用：
1、定时器（触发电路、同步电路等）： 是雷达的指挥中心，产生周期性的窄脉冲——触发脉冲 送：1）发射机：控制发射开始 2）接收机：控制近距离增益 3）显示器：控制计时开始
船舶导航雷达
精品
第一章 雷达基本工作原理
引言
Radar —Radio detection and ranging
—无线电探测和测距
雷达：发射微波并接收目标反射回波，对目标进行探测 和测定目标信息
现代雷达 IBS的重要组成部分 定位、导航、避碰
主要传感器
精品
雷达 罗经 计程仪 GNSS AIS ECDIS
二、船用雷达单元构成：
1、三单元雷达： 收发机（触发电路、发射机、接收机、收发开关） 显示器、天线、中频电源
2、二单元雷达： 天线收发机、显示器、精中品频电源
荧光屏的单位长度：在不同量程代表不同的距离
二. 雷达测方位原理
1、利用收发定向天线 ，只向一个方向发射雷达波且 只接收此方向上的目标的反射回波
2、天线旋转依次向四周发射雷达波，则可探知周围 物标的方位——天线的精品方向即目标的方向
触发器
天线
方位与 船首线
收发机 回波
显示器
ARPA
Fig1-2(1)
第二节 雷达的基本组成、作用
5、接收机：超外差式，将微弱回波信号放大千万倍以符合
雷达物位计的原理、应用及常见问题
雷达物位计的原理、应用及常见问题摘要：具体介绍了雷达物位计的特点、工作原理，探讨它在选型、安装及故障处理方面一些常见问题，并提出解决方法。
对仪表人员的日常维护提供了可靠保障。
关键词：雷达物位计;工作原理;微波脉冲;问题处理 1 前言河南煤化集团中原大化公司6×104t/a三聚氰胺装置采用意大利欧技公司高压法生产工艺，原设计助滤剂贮槽内OAT助滤剂料浆液位由一台差压变送器测量控制，为防止料浆堵塞，在导压管内吹入干燥仪表空气，由于空气的可压缩性或上游转子流量计引起的故障，造成空气流量和压力难以精确控制，致使料浆液位无法准确测量，料位与稀释泵的联锁经常误动作，严重影响系统的稳定。
为了解决此问题，2002年10月将差压变送器改型为新型智能化的德国E+H公司生产的FMR231型雷达物位计。
通过实践，问题得到了解决。
本文将通过我公司雷达物位计在生产中的成功应用，探讨它在选型、安装及故障处理方面一些常见问题，并提出解决方法。
2 雷达物位计简介雷达物位计是一种非接触式的高精度物位仪表。
它具有测量精确、效率高，无需维修、保养、耐磨损、安装简单等特点。
它不受高温、高压或真空影响，不受介质温度变化及惰性气体的影响，不被粉尘或蒸汽衰减，特别适合高粘度、强腐蚀介质。
雷达物位计发射一种特殊的电磁波，它以光速传播，且传速不受温度、压力、蒸汽等介质特性的影响。
它采用发射-反射-接收方式工作，发射率取决于被测介质的传导率和介电常数二特性。
导电性物料如水、酸等有很好的发射率并且不考虑介电常数的值。
对非导电性物料，反射率取决于介电常数的值，介电常数的值越大，雷达反射得越好。
低介电常数的物料吸收雷达传感器发送的大部分微波，这样反射回到天线的能量就有损失。
一般要求被测物料的介电常数大于4，精密型的可低至2。
[1]雷达式物位计主要由天线、发射和接收装置、信号处理器、操作面板、显示、报警等几部份组成。
有一体型和分体型两种。
雷达物位计是技术先进的智能型仪表，具有HART通讯协议，可通过计算机、手持通讯器进行组态，通过仪表测量和回波曲线来调参数、判断故障。
雷达物位计的原理和应用
雷达物位计的原理和应用1. 引言雷达物位计是一种常见的工业自动化检测设备，被广泛应用于仓储、化工、制药、食品等行业的物料位检测和监控中。
本文将介绍雷达物位计的原理和应用。
2. 原理雷达物位计通过发射和接收雷达波进行物料位的测量。
其原理主要包括以下几个步骤：2.1 发射雷达波雷达物位计通过发射器发射一束脉冲雷达波，波长通常为10-30cm，频率为26GHz。
发射的雷达波会以一定的速度传播，并遇到物料时部分被吸收，部分被反射回来。
2.2 接收反射信号雷达物位计的接收器会接收到反射回来的雷达波信号。
接收的信号中包含了从物料表面反射回来的波形信息。
2.3 分析信号接收到的反射信号经过放大、滤波等处理后，被转换为数字信号进行分析。
通过对信号进行处理，并结合已知的物料介电常数和散射特性，可以准确地确定物料的位面。
3. 应用雷达物位计在工业自动化中有着广泛的应用，可以用于物料位的监测和控制。
以下是雷达物位计的一些典型应用场景：3.1 仓储行业在仓储行业中，雷达物位计常用于对物料的库存和供应进行监控。
通过实时测量物料的位面，可以及时了解物料的存储量，并进行库存的管理和调整。
3.2 化工行业在化工行业中，雷达物位计可以用于监测液体或粉体的储罐、槽等容器中的物料位。
通过及时获取物料的位面信息，可以控制物料的供给和排放，提高生产效率。
3.3 制药行业在制药行业中，雷达物位计可用于监测药品的配料和流程控制。
通过对药品容器中物料位的测量，可以准确控制配料的精度和时间，确保产品质量。
3.4 食品行业在食品行业中，雷达物位计可应用于储罐、料槽、料斗等容器的物料位检测。
通过实时监测物料位，可以帮助企业掌握原材料的库存状况，及时补充物料，确保生产不中断。
3.5 其他行业除了上述行业外，雷达物位计还广泛应用于电力、冶金、煤炭等行业。
它可以用于监测煤炭堆料、储罐物料等，帮助企业实现物料位业务的智能化管理。
结论雷达物位计是一种基于雷达技术的物料位测量设备，其原理简单而可靠。
雷达物位计的原理及适用 雷达物位计工作原理
雷达物位计的原理及适用雷达物位计工作原理随着传感器及软件技术的进展，20世纪90时代末，工业测控开始渐渐使用雷达测距技术。
它抗干扰本领强，测量精准。
雷达的微波技术较早应用于军工，随着微波技术的不断进展，雷达技术已在通信及工业测控中广泛应用。
通过对不同微波频率段的讨论，在工业生产中形成一套有效的雷达测距技术的解决方案。
微波又叫电磁波，频率范围为300MHz300GHz，传播速度为3xlOBm/s，其穿透力强，传播速度不受粉尘、蒸汽影响，衰减也很小，物料的温度、压力、密度几乎不影响其测量的精准性。
工业雷达利用微波的吸取和反射原理，依据被测量介质的介电常数来界定雷达的使用形式，分为不同微波频率段的微波雷达仪表；其中有300MHz一 1.5GHz的导波缆式雷达（接触式）、6GHz 的非接触式雷达及26GHz小角度的高频非接触雷达。
我们在使用时是依据被测介质的物理状态（比如蒸汽、粉尘、吸附、温度、压力、酸碱性）来确定哪种形式的雷达仪表测量有效精准和免维护。
雷达是可以穿透被测介质的，空气的介电常数。
=1，水的。
=4一88,1000C时水。
=55.1，水蒸气。
=1.00785,碳酸钙。
=6.1—9.1，煤（粉末、精细）。
=2一4、因此，微波对被检测介质是有确定要求的。
使用哪种频率段的微波和使用哪种形式测量效果更好是我们需要探究的，同时要除去由于现场实际安装情况给雷达带来不稳定的因素。
雷达仪表是靠检测被测介质反射回波从而检测出液位的高度的。
被检测介质水的介电常数。
为50}80，微波很难被吸取，因此检测的效果是很明显的。
微波的传输速度为光速，因此压力和温度对微波穿射速度的影响特别小；可以疏忽，它是一种很理想的检测工具。
与一般仪器测量不同的特点在吸取塔、己二酸池中，水流比较湍急，简单造成接触式仪表在长期使用中由于磨损而发生故障。
被测介质有确定酸性或碱性，长期浸泡在这种液体中，金属的氧化速度会加快，因此，接触式仪表不适用，应选择非接触仪表。
古大物位计介绍(古大2012)
各类工业领域的液位、液位 差值、平均值和明渠流量测量。 （最大量程：液体：20米）
GDSL53E
各类工业领域的液位、液 位差值、平均值，固体料位和 明渠流量测量。 （最大量程：液体：100米；固 体：60米）
+
工业领域液位、 固体料位测量。
GDSL516
工业领域液位、 固体料位测量。
GDSL514
3、高频、低频雷达波特征
高频率雷达： 频率越高，波束角越小； 波长短，精度高； 天线尺寸小，信号增益大能量集中； 罐内杂物影响小，不易产生虚假回波； 盲区小，小罐测量效果好； 低介电常数、小颗粒粉末固体界面反射效果好。 低频率雷达： 波束穿透力强，可适用特强水蒸气、特强粉尘工况； 天线尺寸大不易受凝结、挂料的影响； 液体大波动、大块料测量效果好于高频。
(2) 回波曲线识别\观察; (3) 其它 阻尼时间; 物位变化速度;慢速\快速; 首波选择; 正常\减弱\稍强\较强\最强; 空高\料高\电流; 电流仿真; 虚假回波学习;
五、雷达物位计的行业应用
雷达物位计系列产品选用趋势
高频雷达 （首选主流）
低频雷达 （补充） 导波雷达 （补充）
1、煤炭行业
7、水利行业
环节: 水文监测、防洪报警、农田灌溉
要点: 信号传输远、供电电压低、安装位置受河堤、大坝的影响优先 选择波束角小的雷达波 应用: 选择带MODBUS协议高频雷达液位计
8、食品医药行业
环节: 食用油罐、豆粕储罐 要点: 油罐环境简单、或有精度要求 医药和食品行业的天线卫生要求 应用: 精度高的测量环境优先选择高频雷达物位计 有卫生要求的，应选择密封型的材料符合卫生条件的天线
ф80mm喇叭 12°； ф100mm喇叭 8°； ф125mm喇叭 6°； 导波雷达波范围: 单杆/缆半径300mm；
雷达原理讲义及模拟题参考答案
§1.3 雷达的工作频率
无论发射波的频率如何， 只要是通过辐射电磁能量和利用从目标反射回来的回波， 以便 对目标探测和定位，都属于雷达系统的工作范畴。 常用的雷达频率：220～35000MHz（220MHz～35GHz） ，实际上各类雷达工作的频率在两 头都超出了上述范围（激光，红外雷达，广播） 大多数工作在 200MHz～10GHz 1m—300MHz;1 分米—3000MHz=3GHz;1cm—30GHz;1mm—300GHz 频段名称 UIIF 波段 L 波段 S 波段 C 波段 X 波段 Ku 波段 K 波段 Ka 波段 mm 波段 频率 300～1000MHz 1000～2000MHz 2000～4000MHz 4000～8000MHz 8000～12000MHz 12.0～18GHz 18～27GHz 27～40GHz 40～300GHz 国际电信联盟分配的雷达频段 420～450MHz 890～940MHz 1215～1400MHz 2300～2500MHz 2700～3700MHz 5250～5925MHz 8500～10680MHz 13.4～14GHz 15.7～17.7GHz 24.05～24.25GHz 33.4～36GHz
§1.4 雷达的应用和发展
§1.4.1 应用
按应用平台：太空，空中，地面，海上（空基，地基，海基） 作用：探测，定位，跟踪 军用：预警雷达（超远程雷达） ，洲际导弹，洲际轰炸机；搜索和警戒雷达，飞机；引 导指挥雷达（监视雷达） （预警飞机） ，引导歼击机；火控雷达，火炮；制导雷达，导弹；战 场监视雷达，坦克，车辆，人员；机载雷达（截击，护尾，导航（可民用） ，火控） ；无线电 测高仪；雷达引信。 民用：气象雷达，航行管制（空中交通雷达） ，宇宙航行中用雷达，遥感，另有飞机导 航，航道探测，公路测速 按雷达信号形式分： 脉冲，连续波，脉冲压缩（LPM/相位编码） 脉冲多普勒，噪声雷达，频率捷变雷达等 按角度跟踪分：单脉冲，圆锥扫描雷达，隐蔽锥扫雷达等 按测量目标的参量分：测高，两坐标，三坐标，测速，目标认别等 按信号处理方式分：分集雷达（频率分集，极化分集等等） ，相参，非相参积累雷达， 动目标显示雷达，合成孔径雷达等 按天线扫描方法分：机械扫描，相控阵，频扫等
雷达物位仪培训
雷达物位仪培训雷达物位仪（液位计）属于通用型液位计，现在油品罐区所选用的是EndreSS+Hauser（简称E+H）通用型号：FMR532-I1AC4RA,罐旁指示仪型号：NRF590主要用于液体的连续、非接触式物位测量测量原理：它基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号，探头发出高频脉冲在空间以光速传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号，雷达液位计的测量距离实际上是测量发射脉冲和回波之间的时间差雷达液位计的外壳下部有一螺丝固定，旋松后外壳可以350°旋转。
旁指示仪分为上下两部分，底部为对雷达（罐旁+灌顶）总体供电和对DCS的信号反馈部分接线端子接线：供电电源01：1+02：N-信号（HART）12:+13:-上部为对罐顶的供电和接收皤顶信号罐顶电源30：+31：-罐顶信号28:+29：-显示面板按键：+:在选择列表中上移动在功能参数中编辑数值在选择列表中下移动在功能参数中编辑数值E:在功能组中右移（数值编辑）确认输入+ 在功能组中左移（数值编辑）+和E或-和E：1CD显示屏的对比度设置+-E:锁定/解锁硬件锁定后，无法通过显示或通信操作仪表！紧允许通过显示单元进行硬件解锁，且必须输入解锁密码。
罐旁显示屏显示及操作：主菜单：1储^数值一一主值一一液位2显TK显不设置---语s显示值 --- 主值3配置--基本配置--相对液位4系统--系统复位一重新启动恢复调试设置恢复工厂设置5报警6数字量7模拟量-―-Ao--无效有效模拟AO#28:HART设备 --- FMR52（1）——Hart设置数值--PV数值基本设置--储罐外型--导波管介质条件过程条件空标满标螺直径安全--- 报警输出扩展标定--- 通用抑制曲线一检查距离曲线范围开始抑制扩展抑制曲线诊断补充参数删除设备9：罐旁指示仪输出--HART输出--从站值--PV数值罐顶：2根电源线2根信号线常用参数调节为（8）空标，主要目的是根据工艺车间用检尺测量出来的液位来对罐内液位的校准，如果液位波动较大，可试用扩展标定。
科隆雷达物位计培训 PPT
V1 c0
er1
V2 c0
er
3,40
3,20
3,00 过程连接处反射
2,80
液位处反射
2,60
2,40
界面处反射
2,20
2,00
1,80
0
0,5
1
1,5 2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
time
er2
10
雷达交付文件---- .ref
放大倍数问题:以现场无需放大或缩小能看清波形 , 合理选择 Asked Gain ！ 文件记录数据块大于20 ！
对于微弱或没有末端信号如何处理，通过波形图判别，必要时建议天线末端加反射板， “制造”一个末端信号
导波雷达调试时空罐，门槛电平如何设定？
1 根据经验值设定。
2 将物位阀值“门槛电平设”的比最大的干扰信号大，比 天线末端信号小。（介于二者之间）
空罐时确保“看到”天线末端信号！
解决无信号非零 发现安装问题
单缆、单杆的适用性
测量感应范围：300mm 半径 （安装环境要求高，感应圈内无结构件）
介质介电常数： er ≥ 1.6 不怕挂料 原理上杆的长度无限制，但运输有问题
双缆、双杆的适用性
测量感应范围：100mm 半径（100*200的8字形） （安装环境要求中）
介质介电常数： er ≥ 1.5 有点怕挂料 原理上杆的长度无限制，但运输有问题
FMCW调频连续波雷达工作原理
~
rampgenerator
sa
st
reflector
f
time of flight
B
sr
f0
st
sr
0 2f0
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雷达物位技术简介
➢
雷达物位计技术特点
（1）频率
低频脉冲雷达 6Ghz左右 对应真空中波长50mm 导波雷达 频率500M~2Ghz 高频脉冲雷达 25Ghz左右对应真空中波长12mm
雷达物位计技术特点
高频率雷达和低频雷达的（互补）特点对比：
高频率雷达： 频率越高，波束角越小； 天线尺寸小，信号增益大能量集中； 罐内杂物影响小，不易产生虚假回波； 盲区小，小罐测量效果好； 低介电常数、小颗粒粉末固体界面反射效果好； 精度高；
EAU-G151S
EAU-G152M
应用
EAU-G151S/EAU-G152M 用于各类工业领域的液体液位测量，特别是水 处理行业使用十分广泛。 EAU-G353L用于各类工业领域的液 体或固体料位测量，
EAU-G353L
北京古大仪表其它产品简介 （2）GDSL53X 系列分体型超声波物位计
GDSL53S
JVR-G152
JVR-G153
JVR-G154
JVR-G155
JVR-G156
液体及固体测量，适 用于小介电常数介质
液体及固体测量 强腐蚀性液体介质
液体测量，高温工艺
(200℃)
+防凝结头
低介电常数液体测量
液体测量，高温(400℃) 高压（400MPa）工艺
上海凡宜雷达物位产品介绍
雷达物位计特殊结构产品
(3)导波雷达与非接触雷达 导波雷达（JVR）为接触式雷达，雷达波频率低，沿导波电缆（天线） 传播。特点如下：
安装空间要求特定； 时间扩展技术直接得到物位值； 低功耗、二线本安； 测量精度稳定性与非接触雷达相当； 抗凝结、穿透力良好； 特殊高温高压环境；
天线必须与被测物相接触，量程不能过长，磨损易损坏； 对比非接触雷达安装略显复杂；
雷达—开创物位测量新纪元
上海凡宜科技电子有限公司
雷达—开创物位测量新纪元
• 雷达物位技术简介 • 凡宜雷达物位产品介绍 • 雷达物位计安装使用说明
雷达物位技术简介
➢ 雷达测距技术的发展
1935年世界第一台雷达（英国）； 1970年第一台应用物位测量的雷达（FMCW）； 1980年第一台脉冲物位雷达（Pulse） 1997年第一台二线制雷达（VEGA）； 2003年国内第一台实用物位雷达（古大）； 2007年国内第一台26G高频实用物位雷达（古大）； 2009年雷达物位计早已得到广泛的应用（中国）；
雷达物位计技术特点
（4）雷达物位计使用敏感参量
安装空间：容器形状、大小，拱形； 安装位置、接管尺寸； 罐内障碍物等；
待测物料性质：液体、固体； 介电常数； 温度、压力； 蒸气、泡沫、波动、搅拌、旋涡等； 粘稠、结砣、挂壁； 粉末、颗粒大小、鼓风等； 进料口、料流方向；
防爆要求、电源提供等；
雷达物位计技术特点
JPR-G154
强腐蚀/腐 蚀性液体 压力温度一般
液体/固体
液体温度和 压力可高些， 强腐蚀性。
温度和压力 可较高，一 定腐蚀性。
+吹扫+散热片+接管
固体 温度和压力 可较高，一 定腐蚀性， 大量程， 强蒸气。
+吹扫+散热片+接管
上海凡宜雷达物位产品介绍 （3）JVR-G15X系列导波雷达物位计
JVR-G151
各类工业领域的液位、液位 差值、平均值和明渠流量测量。
（最大量程：液体：20米）
GDSL53E
各类工业领域的液位、液 位差值、平均值，固体料位和 明渠流量测量。 （最大量程：液体：100米；固 体：60米）
+ 工业领域液位、
固体料位测量。
GDSL516
工业领域液位、 固体料位测量。
+ 液位测量,特别 是水处理工业。
EAU-G351M
EAU-G353M
雷达物位计安装使用说明
➢ 雷达物位计选型、安装的重要性
雷达物位计成功三要素：
详细了解工况=29% 合理选型=29% 安装调试=29%
三要素全部正确+13%= 100%
（5）雷达物位计系列产品选用趋势
高频雷达 （首选主流） 低频率雷达 （补充） 导波雷达 （补充）
上海凡宜雷达物位产品介绍
（1）JPR-G15X 系列26GHz脉冲雷达物位计
JPR-G157
JPR-G155
JPR-G156
JPR-G158
JPR-G159
+吹扫
+万向节 +散热片
强腐蚀性液体 压力温度一般
代表厂商：VEGA，E+H，SIEMENS，GODA
FMCW：频域间接测得物位； 需要内置傅里叶（FFT）算法； 功耗大，一般为四线制仪表； 大量多重回波或有顶部安装导管算法影响；
代表厂商：ROSEMOUNT，SAAB，SIEMENS
其它： 精度及稳定性无明显差别； 应用频率基本相同；
雷达物位计技术特点
标准型号：
脉冲雷达： 温度范围：-40℃~200℃； 压强范围：-0.1MPa~4MPa（40Mpa）； 导波雷达： 温度范围：-40℃~400℃； 压强范围：真空 ~40MPa；
特制产品：单一超高温〉400 ℃；
单一高压； 高温、高压并存（注意）；
上海凡宜其它产品简介
（1）EAU-G15X 系列一体化超声波物位计（二线制）
低频率雷达： 波束穿透力强，可适用特强水蒸气、特强粉尘工况； 天线尺寸大不易受凝结、挂料的影响； 液体大波动、大块料测量效果好于高频。
雷达物位计技术特点
（2）处理技术
脉冲发射时间采样（Pulse） 调频连续波（FMCW）
雷达物位计技术特点
PULSE与FMCW技术物位计特点对比：
PULSE：直接测量时间计算得到距离； 采用时间扩展技术处理； 回波直接处理，不需要FFT； 低功耗本安；
液位测量,特别 是水处理工业。
GDSL512
GDSL514
GDSL511
瞄准器
GDSLAIM
上海凡宜其它产品简介
（3）EAU-G35X系列一体化超声波物位计（三线制）
EAU-G351S
பைடு நூலகம்
应用
EAU-G351S/ EAU-G351M 用于各类工业领域的液体液位测量，特别是水处理行业使 用十分广泛。 EAU-G353M用于各类工业领域的液体或 固体料位测量，
液体温度和 压力可较高， 一定腐蚀性。
+吹扫+散热片
抗强腐蚀、 无盲区小罐
固体 大量程 较高的温度 压力、强粉尘等
小量程固体 大量程液体（εr小） 经济
+吹扫
+万向节 +散热片
上海凡宜雷达物位产品介绍
（2）JPR-G15X系列6.3GHz脉冲雷达物位计
JPR-G151
JPR-G152
JPR-G153