等效时间采样在导波雷达物位计中的应用.pdfVIP

计《量与阚试技~~)2o14年第41卷第5X# 等效时间采样在导波雷达物位计 中的应用 谯 艳 张 杰 祝怀标 (华中科技大学 自动化学院，湖北 武汉 430074) 摘 要：导波雷达物位计是一种采用时域反射测量原理的高精度微波物位计，为了实现对回波信号的高精度采集，本文采用等效时问采样方法，能有效降 低对系统的频带要求，简化电路设计。文章着重论述了导波雷达物位计的测量原理和等效时间采样方法，并设计了基于数字可编程延迟发生器AL)9500的 步进脉冲延时电路，最小延时时间能达到几十ps，实现以高采样率对导波雷达物位计回波信号的采集。 关键词：导波雷达；等效时间采样 ；步进延时 中图分类号 ：TH711 文献标识码 ：A 国家标准学科分类代码 ：510．8040 TheApplicationofEquivalentTimeSamplingin GuidedW aveRadarLevelM eter QiaoYah ZhtmgJie ZhuHuaibiao 1 引言 相关系。 导波雷达物位计是一种接触式微波物位测量仪，广 物位 泛应用于对液体、浆料以及颗粒料等介 电常数比较小的 法 波 介质进行接触式连续测量。由于导波雷达物位计的雷达 导波杆 发射波是沿导波杆传输，并深入到被测介质中，能量几乎 没有损耗 ，其独特的机械结构使得导波雷达物位计能适 应温度、压力等环境因素的变化，抗干扰能力强，测量准 确可靠，有非常好的市场前景。 整个物位计的核心部分主要包括信号发射接收模块 和信号处理模块，而对回波信号的采样是实现物位测量 的关键之一 ，直接影响到仪器的性能。 图 1 导波雷达物位计测置原理 2 导波雷达物位计测量原理 为了获取被测物料的物位信息，需要间接测量物位 2．1 时域反射测量原理 面反射波和顶部反射波之间的时间差 ，通过转换可以 导波雷达物位计采用微波定位技术，运用时域反射 计算出物位高度。如图1所示，D一容器高度，什一物位 原理实现距离测量，其测量原理如图1所示。脉冲波发 高度，顶部反射波与物位面反射波的距离为 ，J，光速设为 射接收电路在物位计表头内，通过一个同轴射频接插件 C，Er一介质的相对介 电常数，则物位高度可以用下式(1) 与同轴 电缆相连，同轴 电缆的另一端与导波杆在法兰处 算 出： 相连，导波杆直接插入到被测物料中，导波杆底部与容器 H ：D — D 一 底部留有一定距离，称为底部死区。 2 ￡T 发射波从信号发射模块经同轴电缆传送到导波杆， 2．2 信号发射接收模块结构 在两者的连接处(法兰)产生断路，此时脉冲波会产生一 导波雷达物位计包含机械结构和电路两部分，电路模 个反射波，称之为顶部反射波，剩下的脉冲信号沿导波杆 块由信号发射接收模块和信号处理模块组成，图2详细的给 往下传播，当遇到被测物位面时，由于物料的介电常数比 出了导波雷达物位计系统信号发射接收模块框图，该模块 空气的介电常数小，根据传输线理论，在物位面处会发生 完成雷达波的发射、反射波的接收和采样，其中AD9500步进 短路，产生 个与发射波反向的反射波，称之为物位面反 延时电路是实现回波信号采样的关键之一。 射波，剩余的脉冲信号继续沿导波杆往下传输，在导波杆