80 GHz 雷达液位计
80GHz 雷达液位计是一种工作频率为 76-81GHz 的调频连续波 (FMCW) 雷达产品，可用于固体和液体的液位测量。由于其工作频率较高，波长较短，直径较小，因此非常适合多尘环境或低反射介质。在高粉尘和高温环境（+200℃）下，它具有独特的优势。较小的盲区和窄波束角使其可用于小型和高大的容器。
80GHz雷达液位变送器的独特技术优势
80GHz雷达液位变送器是指工作频率为76-81GHz的调频连续波（FMCW）雷达产品。支持四线制和两线制应用。产品型号多样，最大测量范围可达120米，盲区可达8厘米。
由于80GHz雷达液位变送器工作频率更高，波长更短，因此特别适用于固体应用。其工作原理是通过透镜发射和接收电磁波。在高粉尘和高温（+200℃）环境下具有独特的优势。
80GHz雷达液位变送器提供法兰或螺纹连接方式，安装便捷。
80GHz雷达液位变送器的主要优势如下：
- 采用自主研发的CMOS毫米波射频芯片，实现了更紧凑的射频架构。更高的信噪比，更小的盲区。
- 5GHz 的工作带宽使产品具有更高的测量分辨率和测量精度。
- 3° 的超窄天线波束角，安装环境干扰对仪表的影响更小，安装更便捷。
- 更短的波长和更好的固体表面反射性能，因此无需使用通用法兰进行特殊瞄准。
- 支持远程调试和远程升级，减少等待时间，提高工作效率。
- 支持手机蓝牙调试，方便现场人员进行维护工作。
延伸阅读：非接触式液位测量
通信与调试
该仪器可通过现场液晶显示屏进行调试。也可使用选配的上位机软件在电脑端进行调试。
80GHz雷达液位变送器与电脑的通信方式如下：
- USB转RS485串口线（四线制）；
- USB转TTL串口线（两线制）；
- USB转HART调制解调器（两线制）进行通信。
- 通过手机蓝牙进行调试，使现场调试更加安全便捷。
- 支持4G网络，可通过远程模块进行远程调试。
延伸阅读：雷达液位传感器的优缺点
80GHz雷达液位变送器测量原理
调频连续波雷达液位计的基本原理是：雷达在罐顶发射电磁波，电磁波经介质反射后被雷达接收。
接收信号与发射信号之间的频率差δf与距介质表面的距离R成正比：
R=C（光速）*δf（频率差）/2/K（调频斜率）。
由于光速C和调频斜率K已知，
因此，可以通过估算频率差δf来获得雷达安装位置到物料表面的距离R。
然后，通过已知的罐体总高度，减去雷达到物料表面的空间距离（称为空罐高度），即可得到物料液位高度。
延伸阅读：磁致伸缩液位变送器工作原理
术语
波束角：
波束宽度是指低于最大值 3dB 的宽度。如图所示，80GHz 雷达液位变送器的最小波束角为 3°。
距离分辨率：
距离分辨率是指雷达区分两个非常接近的物体的能力。
如果两个物体之间的距离小于液位雷达的距离分辨率，则雷达只能测量一个距离值。该距离值不等于任何一个物体的距离值，而是两个物体距离值的组合。
80GHz 雷达液位变送器的 FM 带宽为 B=5.1GHz。最小距离分辨率 = C/2B ≈ 3cm。
测量精度（准确度）：
如果只有一个物体，并且该物体移动了很小的距离，液位雷达是否能够检测到距离变化，就称为测量精度。
80GHz雷达液位变送器的中频信号由其自身算法进行分析，测量精度为0.1mm。
环境温度：
与设备外壳接触的周围空气的温度。
盲区：
指仪器近端测量范围的极限，仪器无法在盲区内进行测量。
dB（分贝）：
表示信号幅度的单位。
介电常数（Dk）：
介质在电磁场作用下储存电能的能力。通常称为相对介电常数。
介电常数的增加与回波幅度的增加成正比。真空/干燥空气的相对介电常数为1。
回波：
雷达接收到的反射信号。
发射锥：
天线波束角的扩展范围。
虚假回波：
并非由目标产生的任何回波。通常，容器内的障碍物会产生虚假回波。
多重回波：
在目标回波距离处出现的多个反射回波可能是目标回波距离的 2 倍或 3 倍。
极化：
发射电磁波的特性，描述随时间变化的电场矢量的方向和强度。
量程：
(1) 指仪器的最大测量极限。
(2) 特指人为设定的最大距离。超出此距离，仪器在处理数据时将不予考虑。
重复性：
在相同的测试环境下，多次测量同一反射目标，以评估结果的偏差。
光速：
符号 C，表示电磁波的传播速度。包括电磁波和自由空间中的光。光速为 299,792,458 米/秒。
阈值曲线：
随时间变化的曲线，用作回波有效值的阈值。
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波束角
波束角是指雷达波能量密度达到其最大值一半（3dB 带宽）时的波束角度。微波会在波束范围之外发射信号，并可能被干扰物体反射。
| 透镜天线直径 | Φ32mm透镜天线 | Φ42mm透镜天线 | Φ78mm透镜天线 |
| 波束角 | 8° | 6° | 3° |
天线尺寸越大，波束角α越小，产生的干扰回波就越少。
为了获得更精确的测量结果，请避免在信号波束范围内安装任何内部设备（例如限位开关、温度传感器、底座、真空环、加热线圈、挡板等）。
线性
拓展阅读：液位变送器的工作原理是什么？
80GHz雷达液位变送器应用
80GHz 高频雷达液位计具有测量精度高、应用范围广、非接触式测量等特点，可广泛应用于各种高腐蚀性和高粉尘介质的物料液位和物料液位测量。
80GHz雷达液位计不仅可以测量液位，还可以测量固体物料的液位，包括粉状物料。它适用于各种储罐，例如：工艺储罐（筒仓）、反应罐、静态储罐、圆顶罐、平顶罐、球形罐、卧式罐、静压管、旁通管、带搅拌器的罐等。
适用工况：
- 中间筒仓
- 仓库
- 料斗
- 储罐
- 工艺罐
- 搅拌罐
某化工厂微粉业务部门拥有多个储罐，测量范围达25米。储罐内设有搅拌器和加热装置，进料时会产生大量蒸汽。
如下图所示，工作人员打开观察盖后，可以看到大量蒸汽喷出。
现场最初选用的是导波雷达液位计。然而，导波雷达液位计易受测量介质腐蚀性和粘度等因素的影响，测量效果不佳。
之后，客户选择了80G雷达液位计，使用后的历史趋势图如下所示。可以看出，现场安装的四台80G雷达液位计在多次装卸过程中均能准确测量液位。
延伸阅读：用于高温液位传感器的FMCW雷达
为什么在高蒸汽和搅拌条件下进行液位测量时必须选择80G毫米波雷达液位计？26G雷达液位计可以测量吗？
简要说明：80G雷达液位计具有高发射频率、良好的穿透性，且不受蒸汽影响。
3°的发射角可以有效避免搅拌叶片的干扰；
独特的回波跟踪算法（回波锁定功能）避免了在高液位下读取多个回波的情况。
然而，当26G雷达液位计处于高蒸汽环境中时，雷达波无法穿透蒸汽，或者雷达波到达介质界面后回波强度大幅减弱，导致测量不稳定；
此外，26G雷达液位计的发射角通常大于20°，因此雷达波容易受到搅拌叶片的影响，导致误报；
当物料液位较高、内部无蒸汽且测量范围较大时，回波信号非常强，容易出现多个回波。
因此，在高蒸汽和搅拌条件下，80G雷达液位计可获得良好的液位测量效果。
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目前，雷达传感器难以测量 极轻介质和低介电常数介质的液位，例如塑料泡沫、聚苯乙烯、油类等。测量难点在于这些物质的介电常数极低，且某些介质中含有大量空气，导致雷达能量反射极少。
今天我们分享一个相关案例：某石化装置测量工业白油（介电常数<2）。如图所示，当液位较低时，液位仅约50mm。
用户之前使用的是传统的26G雷达液位计。当罐底仅有少量白油时，雷达波可以直接穿透到罐底。由于导波 雷达液位计的安装需要 预留底部距离，因此在液位较低时无法正常测量。
后来，客户选择了76-81GHz调频连续波雷达液位计。80G雷达液位计具有5GHz超宽调频扫描频宽。与普通26G雷达液位计相比，其回波曲线如下图所示。图中黄色曲线代表了典型的调频连续波雷达液位计，能够准确读取物料液位高度和罐底高度，并能清晰区分50mm的油位高度。而图中灰色曲线代表的26G雷达液位计则无法区分正确的液位，其信号直接穿透界面到达罐底。
80G 雷达液位 计的调频带宽为B=5.1GHz，最小距离分辨率为Sres=C/(2×B)=2.94cm。由于调频带宽宽，80G雷达液位计具有高分辨率，即使底部盲区较小，也能准确区分液位。
了解更多关于 配备同轴探头的导波雷达液位变送器在低介电常数液体测量中的应用信息。例如：非离子水、脱氧水及其他液体的测量。
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吴鹏出生于1980年，是一位备受尊敬且成就卓著的男性工程师，在自动化领域拥有丰富的经验。凭借20多年的行业经验，吴鹏在学术和工程领域都做出了卓越的贡献。
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