物位計(jì)測(cè)量技術(shù)難點(diǎn)剖析

　　二、TOF測(cè)量原理

　　近幾年來(lái)，發(fā)展較快的是行程時(shí)間或傳播時(shí)間ToF （ time of flight ）測(cè)量原理，又稱回波測(cè)距原理。它是利用能量波在空間中的傳播時(shí)間來(lái)進(jìn)行度量的一種方法。能量波在信號(hào)源與被測(cè)對(duì)象之間傳遞，能量波到達(dá)被測(cè)對(duì)象后被反射并返回到探頭上被接收，屬于非接觸測(cè)距。

　　ToF 測(cè)量技術(shù)可以利用的能量波有機(jī)械波（聲或超聲波）、電磁波（通常為K波段或X波段的微波）和激光（通常為紅外波段的激光），相應(yīng)的物位計(jì)稱為超聲波物位計(jì)、微波物位計(jì)和激光物位計(jì)。

　　天線發(fā)射器向距離為R被測(cè)量物料發(fā)射能量波，經(jīng)被測(cè)量介質(zhì)反射，由天線的接收器接收。能量波來(lái)回所經(jīng)過(guò)的時(shí)間用td表示，可得到距離R與時(shí)間td 的關(guān)系為：td=2R/c （l）式中：c為空氣中能量波的傳播速度，當(dāng)以聲波為能量源時(shí)，c=340m/s;當(dāng)以電磁波為能量源時(shí)，c=3×l08m/s.非接觸測(cè)量方法正是利用式（l）中距離R與時(shí)間td的關(guān)系，以不同的方式通過(guò)時(shí)間差td求得距離R的。

三、雷達(dá)物位計(jì)分類

　　盡管輻射法物位計(jì)都是采用ToF測(cè)量原理，但所采用的能量波不同時(shí)，信號(hào)的反射機(jī)理及在信號(hào)處理等方面都有很大的不同。以現(xiàn)在常用的超聲波和微波物位計(jì)為例，它們都采用ToF測(cè)量原理，都需要一個(gè)信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)回波信號(hào)接收器，但兩種能量波在頻率范圍、反射方法以及對(duì)于包含距離信號(hào)的反射波的處理上都有比較大的差別。

　　3.1 超聲波物位計(jì)與微波物位計(jì)

　　電磁波的波段非常寬，從3kHz~3000GHz ，微波是指頻率為300MHz~300CHz的電磁波。在物位檢測(cè)中，微波使用的頻段規(guī)定在4~30GHz：之間，典型波段為5.8GHz、10GHz 、24GHz.5.8 GHz 的頻率屬于C波段微波；10GHz的頻率屬于X波段微波；24GHz的頻率屬于K波段微波。

　　聲波是機(jī)械波，頻率范圍為20Hz~20kHz ，因此，當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率高于20kHz或低于20kHz時(shí)，我們便聽(tīng)不見(jiàn)了。我們把頻率高于20kHz 的聲波稱為“超聲波”。

　　電磁波與聲波產(chǎn)生的原理是不同的，聲波是靠物質(zhì)的振動(dòng)產(chǎn)生的，在真空中不能傳播；而電磁波是靠電子的振蕩產(chǎn)生的，其本身就是一種物質(zhì)，傳播不需要介質(zhì)，能在真空中傳播。這兩種波在通過(guò)不同的介質(zhì)時(shí)都會(huì)發(fā)生折射、反射、繞射和散射及吸收等現(xiàn)象，物位計(jì)正是應(yīng)用這種特性來(lái)測(cè)量距離的。

　　超聲波物位計(jì)由聲納技術(shù)衍化而來(lái)，其安裝方式有頂部安裝和底部安裝兩種。早期的超聲物位計(jì)采用的也是液體導(dǎo)聲，超聲探頭安裝在料罐底部外，超聲波從底部傳入，經(jīng)被測(cè)液體傳播到液面，反射后傳回探頭。超聲波傳播時(shí)間與液位的高低成正比。由于超聲波在各種被測(cè)介質(zhì)中傳播的聲速不同，所以很難做成通用產(chǎn)品；且料罐底部（尤其是液體料罐的底部）安裝探頭的方法在實(shí)用中往往也有困難。因此，在實(shí)際工業(yè)過(guò)程中，利用空氣作為導(dǎo)聲介質(zhì)的頂部安裝應(yīng)用越來(lái)越廣泛。