常州鑫旺儀表有限公司雷達物位計在大型煤倉煤位測量中的應用
作者:常州鑫旺儀表有限公司
2023-07-03
摘要: 介紹了球狀天線雷達物位計在大型煤倉整體改造中煤位測量的應用。
關鍵詞: 調頻連續波非接觸式 雷達物位計
啟達煤礦地上儲煤倉原采用進口的物位開關進行煤位測量，它利用的是射頻導納原理。每個儲煤倉安裝了6個物位開關，4個儲煤倉共計安裝了24個。由于開關本身只能測量出開關量信號，不能連續反應出儲煤倉的實際煤位，故存在很大的測量盲區。在實際生產使用過程中，由于射頻導納物位開關的誤報拒報，導致運行人員很難判斷儲煤倉的實際煤位，影響正常生產。
更換成 DelataGWR 調頻連續波雷達物位計后，基本消除了以上問題，實現了儲煤倉煤位模擬量的連續測量顯示，減少了檢修成本，為企業帶來了明顯的經濟效益，設備的維護量幾乎降為零。
1.調頻雷達物位計工作原理
隨著雷達波技術的不斷發展，目前出現了一種采用調頻連續波(FMCW) 原理進行測量的非接觸式雷達波物位計，它是采用了調頻連續波 (FMCW) 技術的兩線制智能型物位變送器，由于采用 K 段高頻電磁波，可保證雷達工作在一個很寬的頻率范圍，使其抗干擾能力加強，“失波”的可能性降到了*低，極佳的時間基準穩定性使其具有更佳的重復性。
早期的調頻連續雷達是采用平均頻率計數的方式，對回波中頻信號進行處理以獲取回波中的距離信息。該方法結構簡單，精度較高，但只能適用于單目標的場合。20世紀80年代以后，隨著計算機技術的飛速發展，調頻連續雷達回波中頻的處理普遍采用數字信號處理的方法獲取回波中頻的距離譜，
根據其所處距離位置來測量距離。這種方法主要是進行FFT運算，計算出回波在距離軸上的功率譜曲線，可充分利用調頻連續雷達的高距離分辨率和高測距精度的特點，適用于更為復雜的目標環境，是近距離微波測距的重要手段。調頻連續波雷達與脈沖雷達相比，連續波不僅能夠消除距離盲區，而且采用大的帶寬能夠獲得高的距離分辨率和測距精度，在高精度近距離測量領域得到廣泛應用。
調頻雷達波物位計工作原理為非接觸式雷達，不受壓力，溫度，泡沫，粉塵或介電常數的影響，采用高頻 K 波段雷達波，無論是選擇直接測量或是 TBF 模式，他們幾乎可以測量任何介質，與常見的脈沖雷達相比 FMCW 調頻連續波處理的是信號的頻率差而非時間差，采用連續的信號發射與處理方式，而傳統的脈沖雷達則采用信號發射、等待、接收的間歇式工作方式，FMCW 雷達具有超強的信號處理能力，確保在極其惡劣的工況環境中**穩定的測量。FMCW 雷達采用了高頻電磁波信號(24～26GHz) 進行測量，內部電路在2GHz(24～26GHz) 范圍進行掃頻(線性遞增) ，生成頻率與距離的關系，在距離為1m 時，頻率差有 300Hz 左右，1mm 時有0.3Hz; 如果以時間為基準，1m 距離的時間差只有3.3ns (10－9s) ，1mm 時為3.3ps(10－12s)，所以以時間為基準時需要高精度的時鐘; 但對于調頻連續波而言，將距離問題轉換為頻率差，然后通過傅立葉變換，轉換成時間、距離，精度可以大大提高。同時由于調頻連續波可以得到不同距離的反射頻譜，通過空頻譜技術，可以輕松消除各種固定的干擾和一些移動干擾。
該技術是連續波信號，因此發生功率很少，僅0.7W，不需要專業供電，僅采用兩線制即可實現供電和信號送到DCS。送出的雷達波可以達到120dB強度，具有很強的抗干擾能力和粉塵穿透能力，適合儲煤倉煤位的測量。DelataGWR 調頻連續波雷達物位計(如圖) ，由于采用 PP/PTFE 球狀天線，在對儲煤倉煤位進行測量時，不會因為煤塵多而導致出現堵塞喇叭口，影響測量，PP/PTFE 球狀天線屬于非金屬，可以防止腐蝕生銹，延長設備的使用壽命。如果按以前檢修方式，壞1只，修不好后重新更換，則需檢修費用每只 17000 元，而采用雷達波物位計后，由于1個可以替代8個射頻導納物位開關的測量效果，節約成本效果明顯。
2 使用效果
采用 FMCW 調頻雷達波物位計，實現儲煤倉
煤位測量，和原來采用物位開關相比，具有如下優點: ①消除重大檢修安全隱患。由于儲煤倉射頻導納物位開關安裝在儲煤倉外壁上，離地面大約20m，并且沒有安全防護設施，檢修極不安全，如果射頻導納物位開關故障，則必須就地檢查，拆裝，非常危險。檢修中如不小心人或設備掉下去，輕則損壞設備，重則導致人身傷亡，存在極大的安全隱患。改造后，由于測點安裝在頂部，檢修維護非常方便，基本沒有危險。
3結束語
球狀天線FCMCW調頻雷達物位計在大型儲煤倉改造煤位測量應用中使用簡便,性能穩定,特別是免維護大大節約成本的特點使這次改造十分成功達到了預期效果.
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