[发明专利]一种处理导波式雷达物位计回波信号的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及物位检测领域，为导波式雷达物位计，特别是一种以单片机为核心的处理导波式雷达物位计回波信号的数字处理系统。

背景技术

物位分为液位、料位和相界面位置。把生产过程中罐、塔、槽等容器，以及自然界河道、水库里存放的液体的高度或表面位置定义为液位。把在槽斗、罐、堆场、仓库等场所储存的固体块、颗粒、粉料等的堆积高度或表面位置定义为料位。把液-液、液-固界面位置定义为相界面位置。物位是过程工业中四大被测量之一。例如，在原油集中输送与炼油生产中，要求精确测量大型油罐储量或液位；在水泥厂中，必须检测原料库、生料库、水泥库、磨头仓、煤粉仓、料浆、水、油等块状、粉状、颗粒状固体和液体的物料高度；在油脂填料式脱臭塔中，要求测量脱臭油料高度；在火力发电厂锅炉汽包水位的测量与控制中，要求精确测量水位等。测量物位的仪表种类有很多，按照测量方式可以分为：浮力式、差压式、电容式、磁致伸缩式、超声波式和雷达式。其中，导波式雷达物位计是以脉冲波方式工作的。导波式雷达物位计发射电磁波脉冲，电磁波脉冲沿导波杆传播，在被测物料表面处发生反射,反射的回波信号被接收，并被处理。测量出由发射脉冲与回波脉冲的时间差，再根据电磁波传播的速度，就可以计算出物位。导波体可以由单根的金属杆或缆、两根平行的杆或缆或同轴管构成。

针对导波式雷达物位计，国外几家著名厂家，例如，E+H公司、EmersonRosemount公司和Siemens-Milltronics公司等分别提出了不同的回波信号处理方法。

E+H公司Kenneth L.Perdue,Patrick McCarthy，Donald D.Cummings等提出了在有效回波中确定代表物位位置峰值点的四种方法(“Periodic probe mapping”,U.S Patent:No.6078280,Jun.20,2000)：(1)在采集到的回波信号上，直接寻找最大峰值点；(2)采集到的回波信号进行求导，查找绝对值最大的峰值点相邻的第一个过零点；(3)将采集到的回波信号减去修改后的初始回波信号(初始回波信号指出厂时给出的特性曲线或安装时测量得到的空罐信号)，然后，在减过的回波信号上寻找最大峰值点；(4)对减过的回波信号进行求导，查找绝对值最大的峰值点相邻的第一个过零点。给以上四种方法得到的结果分配一定的权重因子，将结果与权重因子相乘，选择乘积最大的作为反映物位位置的峰值点。

Emerson Rosemount公司Karsson针对物料表面反射回波非常接近于导波雷达物位计的固定干扰回波(由脉冲发生器和导波杆连接点所致)的情况，提出：根据预先设置的波形、当前采集的回波信号中固定干扰回波的最大幅值及其对应的时间构造补偿信号。测量时，先将采集到的回波信号减去补偿信号，以消除固

定干扰的影响；再进行有效回波的查找(“Near zone detection in radar level gauge system”,U.S Patent:No.6972712 B1,Dec.6,2005)。该专利的问题是：物料表面反射回波常位于固定干扰回波波形的上升沿，对该处波形的上升速率有一定的影响。因此，直接减去补偿信号虽然可以消除虚假回波、凸显有效回波，但是,会导致物料反射回波位置偏移，产生较大测量误差。

Emerson Rosemount公司Hakan Delin针对物料相对介电常数较小(接近空气的介电常数)、物料界面产生的反射回波能量较小的情况，提出：在物位计导波杆的若干已知位置上安装可以产生标准正弦波形的参考反射器，以此为基础来采集空罐信号；根据现场采集到的回波信号，对比空罐信号找到未浸入物料的最后一个反射器回波A和浸入物料的第一个反射器回波B，将A之前的反射回波部分替代空罐回波的相应部分，得到修改后的空罐回波；将现场采集的回波信号减去修正后的空罐回波，再在减过的回波曲线上查找最大峰值点，从而求出物位(“Method of determining a disturbance echo profile for a radar level gauge system”,U.S Patent:No.7924216B2,Apr.12,2011)。该专利存在的问题是：安装多组反射器成本较高；对空罐回波的修改只能保证去除反射器回波A之前的虚假回波，在A与物料表面反射回波之间、物料表面反射回波之后仍有可能存在峰值较大的虚假回波。因此，用最大峰值点所在的回波作为有效回波不够可靠。