调频连续波(FMCW)雷达微波物位计的工作原理
fmcw原理
fmcw原理频率调制连续波（FMCW）是一种通过频率调制的连续波信号来实现测距和速度测量的技术。
它广泛应用于雷达、无人驾驶汽车和机载测距仪等领域。
其原理是利用连续发射的电磁波信号的频率在一定范围内连续调制，然后将调制后的信号发送到目标物体上，再通过接收到的回波信号来计算目标的距离和速度。
FMCW的基本原理可以分为三个步骤：第一步，发射：频率调制连续波雷达首先发射一个正在不断变化的频率信号。
这个被称为“上行”信号的频率从一个基本频率开始，然后随时间线性地增加或减少到一个更高或更低的频率。
第二步，发射和接收之间的时间差：上行信号在发射后通过天线传送到目标物体。
一部分电磁波信号击中目标物体并被反射回来，形成回波信号。
这个回波信号在传输和接收之间的时间差决定了目标物体的距离。
第三步，接收和分析：回波信号通过天线再传回到雷达系统。
接收到的信号称为“下行”信号，其频率与上行信号的频率相同。
通过比较上行和下行信号的频率差异，可以确定目标物体的速度。
然后，通过测量上行和下行信号之间的频率差和时间差，可以计算目标物体的距离和速度。
具体计算方法是利用多普勒效应，根据频率差异和时间差来解算目标物体的运动参数。
FMCW技术的优势在于其能够提供高分辨率的距离和速度测量，并且在多目标环境下仍然保持较高的性能。
此外，由于FMCW雷达使用低功率连续波信号，而不是脉冲信号，因此它对环境中的杂散信号和干扰更加抗干扰。
此外，FMCW雷达的体积相对较小，成本相对较低，适用于各种应用场景。
总之，频率调制连续波雷达通过频率调制连续波信号，利用多普勒效应来测量目标物体的距离和速度。
其具有高精度、高分辨率和抗干扰能力强等优点，因此在许多领域都有广泛应用。
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。
雷达物位计工作原理时
雷达物位计工作原理时
雷达物位计利用回波测距原理，其喇叭状或杆状天线向被测物料面发射微波，微波传播到不同相对介电率的物料表面时会产生反射，并被天线所接收。
发射波与接收波的时间差与物料面与天线的距离成正比，测出传播时间即可得知距离。
雷达物位计按使用微波的波形可分为调频连续波雷达物位计和脉冲波雷达物位计。
① 调频连续波雷达物位计原理
调频连续波物位雷达采用FMCW（频率调制/连续波）体制，安装在罐顶物位计通过天线向物面发射经频率调制的电磁波信号，被测表面返回的信号被发射天线接收，并与天线发射的瞬时频率信号比较。
由于信号的频率按照一定规律不断变化，因此比较信号频率与天线到物面的直线距离成比例。
综合测量信号与油罐形状参数，进行几何处理，就可以得到精确的物位高度和剩余量信息。
主要用于高精度的高端产品，测量精度可以达0.1%FS，甚至更高。
② 脉冲波雷达物位计原理
雷达物位计天线发射极窄的微波脉冲（例如：26G频率雷达，即：发送一个△t 时间（一般为1ns）的脉冲，叠加26GHZ的正弦波信号），这个脉冲以光速在空间传播，碰到被测介质表面，其部分能量被反射回来，被同一天线接收。
发射脉冲与接收脉冲的时间间隔与天线到被测介质表面的距离成正比。
由于其发射脉冲与接收脉冲的时间间隔非常小，一般都采用时间拓展技术，并采用多次测量求平均的方法获得最终结果。
这种测量技术决定了其精度为0.2%-0.3%。
FMCW调频连续波雷达
经计算，液位上升与下降速度最大为每分钟0.8米，将最小窗 口和跟踪速度设为0.6后，死机现象明显减少。（害怕影响精 度和突跳增加，未敢设置过大。）
案例3：LT-104，工艺反映，液位计显示82%左右后， 死机，检修人员断电或空频谱后，有时显示正常，有时 依然显示82。
FMCW调频连续波雷达主讲内容来自工作 参数 原理 设置
注意 事项
基本概念
FMCW——调频连续波 白话：经过调频的连续发射的电磁波 由正弦波调频成为三角波（好处是线性）
工作原理
天线发射出被线性调制的连续高频微波信号 并进行扫描，同时接收返回信号。发射微波 信号和返回的微波信号之间的频率差与到介 质表面的距离成一定比例关系。
空频谱：作业指导书
12:20:30
12:22:30
40% 20%
2分钟液位上升20%
若测量范围为2米，2分钟液位上升0.4米， 一分钟上升0.2米，则最小窗口和跟踪速度 都设为0.2
注意事项及相关案例
1语言问题：正常情况下，按第四个键十秒钟，自动中英文切换。 恢复出厂设置后，上述办法无效，可按下面的顺序将其恢复
为中文菜单（登陆→Quick Setup→Language→Mandarin）。
Mandarin——普通话~ chinese——汉语
2空频谱距离设置：输入距离需小于实际距离，防止真实 液位被屏蔽。
案例1：LT-2541，工艺频繁反映，液位计突跳严重，检 修人员频繁做空频谱无效。
最小窗口和跟踪速度设置为3，经计算，最快上升 速度每分钟为0.4米，将参数修改为0.5后，突跳现 象消失。
被线性调制的发射微波信号的斜率为K fc——发射频率和反射频率差
调频连续波雷达(FMCW)测距测速原理
调频连续波雷达（FMCW）测距测速原理FMCW雷达的工作原理基于多普勒效应和频率测量。
当发射机发送连续变化的频率调制信号时，信号的频率将会随时间线性变化。
这个频率变化的斜率称为调频斜率。
当发射信号经过天线发射出去，在遇到目标后，信号会被目标散射回来，然后被接收天线接收。
当接收天线接收到返回信号时，会将信号和发射信号进行混频处理，将其与发射信号相乘。
这样做的目的是为了提取目标的频率信息。
由于目标的速度不同，返回信号的频率也会有所不同。
根据多普勒效应的原理，当目标向雷达揭示而来时，频率会比发射信号的频率高；相反，当目标远离雷达时，频率会比发射信号的频率低。
接收到的混频信号将通过低通滤波器进行滤波，以去除不想要的频率成分。
然后，信号将被转换成数字信号，通过快速傅里叶变换(Fourier Transform)进行频谱分析。
频谱的峰值表示目标的频率，根据频率的变化可以计算出目标的速度。
根据多普勒频移的公式，测量得到的频移值与目标的速度成正比。
利用目标的速度与雷达到目标的距离之间的关系，可以通过简单的数学运算得到目标的距离。
由于信号频率的线性变化，可以通过测量信号的起始频率和终止频率，以及相应的时间间隔，计算得到距离。
在FMCW雷达系统中，还需要对信号的回波强度进行测量，以评估目标的反射特性。
这可以通过测量接收信号的功率来实现。
通过分析接收到的功率信号，可以确定目标的散射截面积(Cross Section)，从而估计目标的大小。
总结起来，FMCW雷达的测距测速原理基于多普勒效应和频率测量。
通过发送频率变化的信号，接收并处理返回信号，测量目标的频率和功率，从而得到目标的距离、速度和反射特性。
这种雷达系统具有高精度、高分辨率和广泛测速范围的优势，广泛应用于交通监测、无人驾驶、气象观测等领域。
fmcw原理推导
FMCW原理推导一、引言在雷达技术领域，FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）是一种常用的测距原理。
本文将对FMCW原理进行推导，以便更好地理解其工作原理和应用。
二、FMCW原理概述FMCW雷达是一种连续发射、连续接收的雷达系统。
其基本原理是通过调制发射信号的频率，然后将发射的连续波信号与接收到的回波信号进行比较，从而获得目标物体的距离信息。
三、原理推导1. 发射信号FMCW雷达的发射信号是一个连续的频率调制信号。
假设发射信号的频率为f(t)，则其数学表达式可以表示为：f(t) = f0 + k * t其中，f0是发射信号的起始频率，k是调制斜率，t是时间。
2. 发射与接收信号的混频发射信号经过天线发射后，与目标物体发生回波，回波信号经过天线接收后，与发射信号进行混频。
设接收到的回波信号的频率为fr(t)，则混频后的信号可以表示为：fr(t) = f(t) * fr(t)3. 距离与频率的关系根据多普勒效应的原理，可以得到目标物体与雷达之间的距离与混频信号的频率之间存在关系。
设目标物体与雷达之间的距离为d，雷达的发射频率为f0，则目标物体的回波频率可以表示为：fr(t) = 2 * (f0 + k * t) * (1 - v / c)其中，v是目标物体的速度，c是光速。
4. 目标物体的距离计算根据上述推导，可以得到目标物体的距离d与混频信号的频率fr(t)之间的关系：d = c * (fr(t) - f(t)) / (2 * k)这就是FMCW雷达计算目标物体距离的基本原理。
四、FMCW雷达的应用FMCW雷达由于其测距精度高、抗干扰能力强等特点，广泛应用于各个领域。
以下是一些FMCW雷达的应用示例：1. 距离测量FMCW雷达可以用于测量目标物体与雷达之间的距离，例如在车辆安全系统中用于测量车辆与前方障碍物的距离。
2. 速度测量通过分析回波信号的频率变化，可以计算目标物体的速度。
调频连续波雷达测距原理
调频连续波雷达测距原理一、引言调频连续波雷达是一种常用的测距技术，它通过发射一段频率不断变化的信号，并接收回波信号进行处理，实现对目标物体的距离测量。
本文将详细介绍调频连续波雷达的原理及其实现过程。
二、调频连续波雷达原理1. 原理概述调频连续波雷达是利用高频电磁波与目标物体相互作用的原理进行测距。
它通过发射一段连续变化的高频信号，并接收回波信号，通过计算发射信号与回波信号之间的时间差和相位差，从而得到目标物体与雷达之间的距离信息。
2. 发射信号调频连续波雷达采用一段带宽较大、中心频率不断变化的信号作为发射信号。
这种信号被称为“调频连续波”（Frequency Modulated Continuous Wave，简称FMCW）。
3. 回波信号当FMCW信号遇到目标物体时，会被反射回来形成回波。
这个回波包含了目标物体与雷达之间的距离信息。
4. 时域处理接收到回波信号后，调频连续波雷达会对其进行时域处理。
具体来说，它会将发射信号与回波信号进行匹配，并计算它们之间的时间差和相位差。
5. 频域处理在进行时域处理之后，调频连续波雷达还需要进行频域处理。
具体来说，它会将时域信号转换成频域信号，并通过傅里叶变换等算法进行分析和处理。
6. 距离测量通过对发射信号与回波信号的时间差和相位差进行计算，调频连续波雷达可以得到目标物体与雷达之间的距离信息。
具体来说，距离可以通过以下公式计算得出：d = c * (Δt / 2)其中，d表示目标物体与雷达之间的距离；c表示光速；Δt表示发射信号与回波信号之间的时间差。
三、调频连续波雷达实现过程1. 发射器部分调频连续波雷达的发射器部分主要由一个带有可变中心频率的VCO （Voltage Controlled Oscillator）和一个功率放大器组成。
其中，VCO负责产生一段带宽较大、中心频率不断变化的信号，功率放大器则负责将这个信号放大到一定的功率水平。
2. 接收器部分调频连续波雷达的接收器部分主要由一个低噪声放大器、一个混频器、一个带通滤波器和一个ADC（Analog-to-Digital Converter）组成。
fmcw信号雷达测距测速原理
fmcw信号雷达测距测速原理FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）信号雷达是一种常用的测距测速技术，其原理是通过频率调制连续波信号来实现对目标的测量。
本文将围绕着FMCW信号雷达的测距测速原理展开讲述。
我们需要了解FMCW信号雷达的基本原理。
FMCW信号雷达通过发射连续波信号，并对其进行频率调制，发送至目标物体。
当这个信号与目标物体相互作用时，目标物体会反射部分信号回到雷达接收端。
接收端会接收到经过目标物体反射后的信号，并与发送信号进行比较。
根据比较结果，可以计算出目标物体的距离和速度。
在FMCW信号雷达中，频率调制的方式是通过改变发射信号的频率来实现的。
一般情况下，发射信号的频率会以一定的斜率进行线性调制，即频率随时间线性增加或减小。
这种线性调频的信号被称为扫频信号。
接下来，我们来看一下FMCW信号雷达的测距原理。
当扫频信号与目标物体相互作用时，目标物体会对信号进行频率的改变，这种频率的改变被称为多普勒效应。
通过测量接收信号与发送信号的频率差，可以推算出目标物体的距离。
具体的测距计算公式如下：距离=（频率差*光速）/（2*斜率）其中，频率差指的是接收信号的频率与发送信号的频率之差，光速是指光在真空中的传播速度，斜率是指发射信号频率随时间的线性变化率。
除了测距，FMCW信号雷达还可以实现测速。
测速原理与测距原理类似，都是通过多普勒效应来实现的。
当目标物体移动时，会对接收信号的频率产生改变。
根据多普勒效应的原理，当物体远离雷达时，接收信号的频率会比发送信号的频率偏小；当物体靠近雷达时，接收信号的频率会比发送信号的频率偏大。
通过测量接收信号与发送信号的频率差，可以计算出目标物体的速度。
具体的测速计算公式如下：速度=（频率差*光速）/（2*频率*方向因子）其中，频率差指的是接收信号的频率与发送信号的频率之差，光速是指光在真空中的传播速度，频率是指发射信号的频率，方向因子是一个与目标物体运动方向有关的系数。
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调频连续波（FMCW）雷达/微波物位计的工作原理
FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。
FMCW 技术是在雷达物位测量设备中最早使用的技术。
FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号，一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。
它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，由频谱计算出物位距离。
天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描，同时接收返回信号。
发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例关系。
如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt,发射天线到介质表面的距离为R，C为光速。
那么我们可以得到：rt = 2R/C
由于采用的是调频的微波信号，因此我们可得：rf = K×rt；
两式合并后，我们得到公式：
R = C× rf/2K （公式2）
根据公式2，我们可以看到，天线到介质表面的距离R与发射
频率和反射频率差rf成正比关系。
信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理，得到混合信号频谱，并通过独立的快速傅立叶（FFT）变化来区分不同的频率信号，最后得到准确地数字回波信号，计算出天线到介质表面的距离。
实际上，FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。
目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主：9到10GHz和24.5到25.5GHz。
采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。
被处理的信号与一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。
任何差值会自动得到补偿，这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引起的可能的测量漂移。
2.2、脉冲
脉冲雷达物位计，与超声波技术相似，使用时差原理计算到介质表面的距离。
设备传输固定频率的脉冲，然后接收并建立回波图形。
信号的传播时间直接与到介质的距离成一定比例。
但是与超声波使用声波不同，雷达使用的是电磁波。
它利用好几万个脉冲来“扫描”容器并得到完整的回波图。
通常，采用脉冲方式的微波物位计的精度和可靠性都不如FMCW微波位计，但是脉冲物位计因为价格较FMCW低很多，因此是目前市场应用得最多的微波物位计。
当然，很多生产厂商通过增强回波处理功能等方式大大提高了脉冲雷达的可靠性。
2.3、导波雷达
也被称作时域反射式雷达，即TDR。
导波雷达是非接触式雷达和导波天线相结合的产物。
它将微波信号发射到导波杆或缆上，使微波能量集中在导波杆或缆周围而不会“扩散”。
它一般都是采用脉冲波，但也有采用连续波的。
这种工作原理的测量方式使它具有了能够测量较低的介电常数的介质、能够有效的避开容器内干扰物的影响、不受水蒸汽的影响、可以用于测量固体等优点，但同时它像所有的接触式物位测量设备一样，具有易粘附、易磨损，甚至造成断缆、受粉尘影响较大的缺点。
2.4、技术评论
我曾经在用户处，听说一种说法，采用脉冲技术比连续调频原理的雷达要好得多。
我觉得这种说法是不科学。
固然，FMCW技术的雷达存在着：成本相对较高，功耗较大等缺陷，但是它的工作方式保证了它的可靠性更优，信号的失真度也会降到最低。
因此在一些工况较复杂的应用，依然能体现出它的优势来。
当然，脉冲雷达技术经过近几年的大力发展，也有了巨大的飞跃，克服了很多技术上的缺陷，可靠性也大大地提高了。
前段时间我们有家代理商跟我说，有某雷达供应商的销售跟客户提到，脉冲雷达可以实现在同一个安装多台雷达，而信号不会相互影响；而FMCW技术的雷达就会有问题。
但是没有解释因为什么原因。
我听了之后，觉得很诧异，市场竞争已经到这种程度了？其实，安装在同一个仓上的雷达信号相互影响，恰恰是脉冲雷达的一个缺点，由于它的工作状态是相当于通讯里面“单工”方式，因此容易把其他同规格雷达发出的信号接受到而产生错误测量信号。
因此需要通过做“同步”功能的设置来修正个问题，而大部分脉冲雷达都具备这个功能，就相当于将多台雷达的工作状态协调起来，同时发送或同时接受。
而连续调频的雷达由于采用类似通讯中“全双工”的工作方式，就不存在这个问题。
各种不同的技术，存在就有价值，否则市场就会淘汰它。
所以，我的看法是，在市场上能生存的各种技术也好，品牌也好，都有它的价值，不存在单纯意义上的好或者不好，这要看具体用在什么地方，怎么用。
最适合的就是最好的。
就好比麻将牌，任何一张牌都可能是好牌，也可能是坏牌，就看你怎么打了。