[發明專利]一種處理導波式雷達物位計回波信號的系統和方法

有效

• 申請號: 201210150945.2
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102661773A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 徐科軍;葉旭;魏萌;方敏;王沁;侯其立;張玉超;馬遠
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明涉及物位檢測領域，為導波式雷達物位計，特別是一種以單片機為核心的處理導波式雷達物位計回波信號的數字處理系統。

背景技術

物位分為液位、料位和相界面位置。把生產過程中罐、塔、槽等容器，以及自然界河道、水庫里存放的液體的高度或表面位置定義為液位。把在槽斗、罐、堆場、倉庫等場所儲存的固體塊、顆粒、粉料等的堆積高度或表面位置定義為料位。把液-液、液-固界面位置定義為相界面位置。物位是過程工業中四大被測量之一。例如，在原油集中輸送與煉油生產中，要求精確測量大型油罐儲量或液位；在水泥廠中，必須檢測原料庫、生料庫、水泥庫、磨頭倉、煤粉倉、料漿、水、油等塊狀、粉狀、顆粒狀固體和液體的物料高度；在油脂填料式脫臭塔中，要求測量脫臭油料高度；在火力發電廠鍋爐汽包水位的測量與控制中，要求精確測量水位等。測量物位的儀表種類有很多，按照測量方式可以分為：浮力式、差壓式、電容式、磁致伸縮式、超聲波式和雷達式。其中，導波式雷達物位計是以脈沖波方式工作的。導波式雷達物位計發射電磁波脈沖，電磁波脈沖沿導波桿傳播，在被測物料表面處發生反射,反射的回波信號被接收，并被處理。測量出由發射脈沖與回波脈沖的時間差，再根據電磁波傳播的速度，就可以計算出物位。導波體可以由單根的金屬桿或纜、兩根平行的桿或纜或同軸管構成。

針對導波式雷達物位計，國外幾家著名廠家，例如，E+H公司、EmersonRosemount公司和Siemens-Milltronics公司等分別提出了不同的回波信號處理方法。

E+H公司Kenneth?L.Perdue,Patrick?McCarthy，Donald?D.Cummings等提出了在有效回波中確定代表物位位置峰值點的四種方法(“Periodic?probe?mapping”,U.S?Patent:No.6078280,Jun.20,2000)：(1)在采集到的回波信號上，直接尋找最大峰值點；(2)采集到的回波信號進行求導，查找絕對值最大的峰值點相鄰的第一個過零點；(3)將采集到的回波信號減去修改后的初始回波信號(初始回波信號指出廠時給出的特性曲線或安裝時測量得到的空罐信號)，然后，在減過的回波信號上尋找最大峰值點；(4)對減過的回波信號進行求導，查找絕對值最大的峰值點相鄰的第一個過零點。給以上四種方法得到的結果分配一定的權重因子，將結果與權重因子相乘，選擇乘積最大的作為反映物位位置的峰值點。

Emerson?Rosemount公司Karsson針對物料表面反射回波非常接近于導波雷達物位計的固定干擾回波(由脈沖發生器和導波桿連接點所致)的情況，提出：根據預先設置的波形、當前采集的回波信號中固定干擾回波的最大幅值及其對應的時間構造補償信號。測量時，先將采集到的回波信號減去補償信號，以消除固

定干擾的影響；再進行有效回波的查找(“Near?zone?detection?in?radar?level?gauge?system”,U.S?Patent:No.6972712?B1,Dec.6,2005)。該專利的問題是：物料表面反射回波常位于固定干擾回波波形的上升沿，對該處波形的上升速率有一定的影響。因此，直接減去補償信號雖然可以消除虛假回波、凸顯有效回波，但是,會導致物料反射回波位置偏移，產生較大測量誤差。

Emerson?Rosemount公司Hakan?Delin針對物料相對介電常數較小(接近空氣的介電常數)、物料界面產生的反射回波能量較小的情況，提出：在物位計導波桿的若干已知位置上安裝可以產生標準正弦波形的參考反射器，以此為基礎來采集空罐信號；根據現場采集到的回波信號，對比空罐信號找到未浸入物料的最后一個反射器回波A和浸入物料的第一個反射器回波B，將A之前的反射回波部分替代空罐回波的相應部分，得到修改后的空罐回波；將現場采集的回波信號減去修正后的空罐回波，再在減過的回波曲線上查找最大峰值點，從而求出物位(“Method?of?determining?a?disturbance?echo?profile?for?a?radar?level?gauge?system”,U.S?Patent:No.7924216B2,Apr.12,2011)。該專利存在的問題是：安裝多組反射器成本較高；對空罐回波的修改只能保證去除反射器回波A之前的虛假回波，在A與物料表面反射回波之間、物料表面反射回波之后仍有可能存在峰值較大的虛假回波。因此，用最大峰值點所在的回波作為有效回波不夠可靠。