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(yīng)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(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 調(diào)頻連續(xù)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(guān)進行煤位測量，它利用的是射頻導(dǎo)納原理。每個儲煤倉安裝了6個物位開關(guān)，4個儲煤倉共計安裝了24個。由于開關(guān)本身只能測量出開關(guān)量信號，不能連續(xù)反應(yīng)出儲煤倉的實際煤位，故存在很大的測量盲區(qū)。在實際生產(chǎn)使用過程中，由于射頻導(dǎo)納物位開關(guān)的誤報拒報，導(dǎo)致運行人員很難判斷儲煤倉的實際煤位，影響正常生產(chǎn)。
更換成 DelataGWR 調(diào)頻連續(xù)波雷達物位計后，基本消除了以上問題，實現(xiàn)了儲煤倉煤位模擬量的連續(xù)測量顯示，減少了檢修成本，為企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟效益，設(shè)備的維護量幾乎降為零。
1.調(diào)頻雷達物位計工作原理
隨著雷達波技術(shù)的不斷發(fā)展，目前出現(xiàn)了一種采用調(diào)頻連續(xù)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(diào)頻連續(xù)波 (FMCW) 技術(shù)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(zhǔn)穩(wěn)定性使其具有更佳的重復(fù)性。
早期的調(diào)頻連續(xù)雷達是采用平均頻率計數(shù)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(jié)構(gòu)簡單，精度較高，但只能適用于單目標(biāo)的場合。20世紀(jì)80年代以后，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，調(diào)頻連續(xù)雷達回波中頻的處理普遍采用數(shù)字信號處理的方法獲取回波中頻的距離譜，
根據(jù)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(diào)頻連續(xù)雷達的高距離分辨率和高測距精度的特點，適用于更為復(fù)雜的目標(biāo)環(huán)境，是近距離微波測距的重要手段。調(diào)頻連續(xù)波雷達與脈沖雷達相比，連續(xù)波不僅能夠消除距離盲區(qū)，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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
調(diào)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(shù)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(zhì)，與常見的脈沖雷達相比 FMCW 調(diào)頻連續(xù)波處理的是信號的頻率差而非時間差，采用連續(xù)的信號發(fā)射與處理方式，而傳統(tǒng)的脈沖雷達則采用信號發(fā)射、等待、接收的間歇式工作方式，F(xiàn)MCW 雷達具有超強的信號處理能力，確保在極其惡劣的工況環(huán)境中**穩(wěn)定的測量。FMCW 雷達采用了高頻電磁波信號(24～26GHz) 進行測量，內(nèi)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(guān)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(zhǔn)，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(zhǔn)時需要高精度的時鐘; 但對于調(diào)頻連續(xù)波而言，將距離問題轉(zhuǎn)換為頻率差，然后通過傅立葉變換，轉(zhuǎn)換成時間、距離，精度可以大大提高。同時由于調(diào)頻連續(xù)波可以得到不同距離的反射頻譜，通過空頻譜技術(shù)，可以輕松消除各種固定的干擾和一些移動干擾。
該技術(shù)是連續(xù)波信號，因此發(fā)生功率很少，僅0.7W，不需要專業(yè)供電，僅采用兩線制即可實現(xiàn)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(diào)頻連續(xù)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(dǎo)致出現(xiàn)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(shè)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(dǎo)納物位開關(guān)的測量效果，節(jié)約成本效果明顯。
2 使用效果
采用 FMCW 調(diào)頻雷達波物位計，實現(xiàn)儲煤倉
煤位測量，和原來采用物位開關(guān)相比，具有如下優(yōu)點: ①消除重大檢修安全隱患。由于儲煤倉射頻導(dǎo)納物位開關(guān)安裝在儲煤倉外壁上，離地面大約20m，并且沒有安全防護設(shè)施，檢修極不安全，如果射頻導(dǎo)納物位開關(guān)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(shè)備掉下去，輕則損壞設(shè)備，重則導(dǎo)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(jié)束語
球狀天線FCMCW調(diào)頻雷達物位計在大型儲煤倉改造煤位測量應(yīng)用中使用簡便,性能穩(wěn)定,特別是免維護大大節(jié)約成本的特點使這次改造十分成功達到了預(yù)期效果.
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