[发明专利]一种导波雷达液位计回波信号处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于雷达液位测量技术领域，具体涉及一种回波信号智能处理方法和采用该方法的导波雷达液位计。

背景技术

近几年，由于应用广泛、测量精确度高等特点，雷达这种技术类别的物/液位仪表增长很快，并且随着雷达类型仪表的价格下降及技术升级，雷达已经成为最重要的物/液位测量技术种类之一，尤其在冶金、建材(水泥)、石油、化工等传统工业领域占据越来越重要的地位，它将会更多的取代其它类型的仪表，成为物/液位仪表行业主流产品。

导波雷达液位计是伴随着物位测量技术和雷达技术的发展而产生的一种新的物位测量技术。导波雷达液位计利用时间域反射技术(Time Domain Reflector，简称TDR)来实现对液位的连续测量。其原理是：雷达液位计发送一定能量的电磁脉冲波以光速沿导波杆向被测介质方向传播，当遇到被测介质表面时，部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到导波雷达液位计接收装置，发射装置与被测介质表面的距离与脉冲信号在其间的传播时间成正比，通过微处理器对回波信号进行检测处理，经计算得出液位高度。导波雷达液位计因其受介质特性影响小，测量精度高，耐高压耐高温能力强等因素，成为近几年物位计的发展方向，可广泛应用于过程和储存工业中。

发射波经过液面反射后的幅值可由下式计算得到：

其中V_S为发射波幅度，V_R为液面反射波幅度，ε_γ为液面相对介电常数,ρ为反射系数。

由公式(1)知，被测介质对电磁波的反射能力取决于介质的介电常数。介质的介电常数小，反射的电磁波能量就很弱。现有的导波雷达液位计在测量小介电常数(小于4)介质的液位时，由于介电常数小，电磁波遇到介质表面时反射系数就比较小，在发射脉冲幅度一定情况下，接收到的回波信号幅值就很小，液 位计接收电路很难检测到回波信号，当环境噪声比较大时甚至检测不到，给后面的信号处理带来困难，因此使用受到很大限制。另外，电磁波在介质中传输时能量以指数形式吸收衰减，因此大量程应用时，同样会出现“丢波”的情况，对测量的稳定性和可靠性造成了严重的影响。

一般的解决办法是增加发射电磁波信号的功率或者更改导波杆的结构。

通过增强发射功率，可以适当提高反射波的信号强度，但发射功率一般是有限制的，不可能无限地增加。导波雷达液位计一般采用两线制，要求仪表内部具有超低功耗特性；另外，防爆场合应用也对导波雷达液位计的功率提出了严格的限制。

导波雷达液位计探头结构对测量会产生很大的影响，一般根据介质介电常数和量程选择同轴、杆式或者缆绳式导波杆。导波杆选择不当，会引起回波信号弱的问题。专利200720015722.X中介绍的在导波杆上设一个滑动配合的金属浮子且金属浮子上表面为平面形的方式虽然能够增强反射波信号强度，但粘性介质应用时容易发生浮子被“卡死”的现象，且滑动的浮子属可动部件，也会带来现场维护的问题；另外，当现场工况发生改变，如介质类型改变或者期望量程增加时，就需要更改导波杆的结构形式，给现场应用带来了不便。因此，更改导波杆的结构形式也会限制导波雷达液位计的应用范围。

以上两种办法都是从硬件上解决导波雷达液位计应用范围受限的问题，不具有普适性。

发明内容

针对增加发射电磁波信号功率或者更改导波杆结构存在的缺陷和不足，本发明解决导波雷达液位计在低介电常数或大量程应用中回波信号弱时检测不到而降低测量稳定性和可靠性及应用范围受限的问题。

本发明采用回波信号智能处理方法，通过软件自动调节基平、自动调节放大倍数及自适应调整虚假回波曲线方法，结合回波曲线，计算得出有效值曲线，根据有效值曲线数据实现对回波信号的检测和处理，能够有效消除现有技术方案在低介电常数或大量程应用中受到限制的缺陷。

具体技术方案如下：