[发明专利]基于一阶导数的导波雷达物位计回波信号处理系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及物位检测领域，为导波雷达物位计，特别是一种以单片机为核心的基于一阶导数的处理导波雷达物位计回波信号的系统和方法。

背景技术

物位分为物位、料位和相界面位置。把生产过程中罐、塔、槽等容器，以及自然界河道、水库里存放的液体的高度或表面位置定义为物位。把在槽斗、罐、堆场、仓库等场所储存的固体块、颗粒、粉料等的堆积高度或表面位置定义为料位。把液-液、液-固界面位置定义为相界面位置。物位是过程工业中四大被测量之一。例如，在原油集中输送与炼油生产中，要求精确测量大型油罐储量或物位；在水泥厂中，必须检测原料库、生料库、水泥库、磨头仓、煤粉仓、料浆、水、油等块状、粉状、颗粒状固体和液体的物料高度；在油脂填料式脱臭塔中，要求测量脱臭油料高度；在火力发电厂锅炉汽包水位的测量与控制中，要求精确测量水位等。

测量物位的仪表种类有很多，按照测量方式可以分为：浮力式、差压式、电容式、磁致伸缩式、超声波式和雷达式。其中，雷达物位计分为一般用非接触式测量和通常被称为导波雷达（GWRLG）的接触测量。其中，非接触式测量法向包含在容器中的物品辐射电磁信号，而接触测量法通过导波体将电磁波导向物料并使其进入物料中。导波体一般从容器顶部到底部垂直布置。电磁波在被测物料表面处发生反射，反射的回波信号被接收，并被处理。测量出由发射脉冲与回波脉冲的时间差，再根据电磁波传播的速度，就可以计算出物位。导波体可以由单根的金属杆或缆、两根平行的杆或缆或同轴管构成。

更具体来说，根据微波的传输线理论，当传输线存在故障点时，会造成阻抗不匹配，电磁波会在障碍点发生反射。在导波雷达物位计中，导波体与内部电缆连接处由于传播介质的介电常数发生变化，产生顶部回波，部分能量被反射回去，但是仍有一部分信号能量会继续沿导波体向下传播；当信号进入被测介质时，由于介质表面上下两种物质的介电常数不同，产生物位回波，部分信号能量被反射，部分信号能量继续往下传播；若到达导波体底端，信号能量没有被完全损耗，会在底部产生一个断路回波信号，其极性与前两种回波相反。由于顶部回波是固定不变的，物位回波随物位的移动而移动，因此理论上物位回波可以容易确定。然而，在实际测量环境中，整个回波信号段中通常不只包含物位回波，导波体特殊结构、环境中的干扰物、导波体上附着的物料、噪声等都会产生反射回波，统称为干扰回波，因此排除干扰回波、确定物位回波是导波雷达物位计信号处理的关键问题之一。

物位回波确定后，要计算物位则需要进一步计算起始参考点和回波接收点的时间差。物位回波为脉冲波形，它具有一定的宽度，有峰值点、上升沿、下降沿，因此，回波定位点和起始参考点的确定成为导波雷达物位计信号处理的另一个关键问题。对于自带同步触发脉冲的导波雷达物位计，发射参考点即为采样起始点，无需另行确定；而对于不带有同步触发脉冲的导波雷达物位计，则还需要软件确定回波信号的采样起点和起始参考点。