圖1是目前在工程應(yīng)用較多的調(diào)頻連續(xù)波式微波物位(液位和料位)計。
圖1 調(diào)頻式微波物位計
通常只需將發(fā)射、接收天線裝在被測料倉(罐)上方,即可對物位進行連續(xù)測量。這種調(diào)頻連續(xù)波式微波物位計抗機械噪聲和電磁噪聲能力強,在高溫、高壓、高粘度情況下,可連續(xù)、快速而準確地測出目標物體的物位值。
調(diào)頻連續(xù)波式微波物位計工作原理如圖2所示。
圖2 調(diào)頻式微波液位計原理示意圖
調(diào)頻固態(tài)源產(chǎn)生等幅的無線電波,其振蕩頻率在時間上按調(diào)制信號呈周期性變化,設(shè)在某一瞬間頻率為f0,由發(fā)射器射向測量對象,并由測量對象反射回來,經(jīng)過接收器接收,輸入混頻器,在回波到達混頻器的瞬間,固態(tài)源的振蕩頻率由于調(diào)制信號的作用,較回波頻率已有了變化,設(shè)為f1;它繼續(xù)不斷地射向測量對象,并有一部分作為本振頻率耦合到混頻器與f1進行混頻。這樣,在混頻器的輸出端就產(chǎn)生了差頻△f,并且此差頻與發(fā)射器和接收器離測量對象的距離上成正比,測量出△f的大小也就可以計算得到距離l的數(shù)值。設(shè)調(diào)制信號波形為三角型,固態(tài)源初始頻率為f0,則固態(tài)源頻率變化規(guī)律為
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式中,t為調(diào)制波周期;f為調(diào)制波頻率;f0為固態(tài)源初始頻率;f2為本振頻率;△f0為固態(tài)源在調(diào)制信號l/2周期內(nèi)的頻偏范圍;t為時間 。
回波頻率為
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式中,f1為回波頻率;△t為微波往返于被測對象之間的延遲時間,c為光速,l為被測距離;所以,差頻頻率△f為
(3)
由上式整理得被測距離l為
(4)
從上式可以看出被測距離l與差頻頻率△f成正比。當固態(tài)源的調(diào)制頻率,和頻偏△f0定時,只要測出△f,就可以計算得到l。
當固態(tài)工作頻偏△f=300 mhz,調(diào)制頻率f=1khz時,代入式(3)中可得
即被測距離l每變化1m時,差頻頻率為4khz。
采用三角波雙重調(diào)制可以克服調(diào)頻式微波物位計的部分固有誤差;加上采取其他措施,微波物位計的測量精確度可達±l%。測量范圍一般為0.5~20 m,最大可達幾十米(由固態(tài)源發(fā)射功率大小決定)以上。