调频式微波物位计工作原理

　　图1是目前在工程应用较多的调频连续波式微波物位（液位和料位）计。

图1　调频式微波物位计

　　通常只需将发射、接收天线装在被测料仓（罐）上方，即可对物位进行连续测量。这种调频连续波式微波物位计抗机械噪声和电磁噪声能力强，在高温、高压、高粘度情况下，可连续、快速而准确地测出目标物体的物位值。

　　调频连续波式微波物位计工作原理如图2所示。

图2　调频式微波液位计原理示意图

　　调频固态源产生等幅的无线电波，其振荡频率在时间上按调制信号呈周期性变化，设在某一瞬间频率为f_０，由发射器射向测量对象，并由测量对象反射回来，经过接收器接收，输入混频器，在回波到达混频器的瞬间，固态源的振荡频率由于调制信号的作用，较回波频率已有了变化，设为f_１；它继续不断地射向测量对象，并有一部分作为本振频率耦合到混频器与f_１进行混频。这样，在混频器的输出端就产生了差频△f，并且此差频与发射器和接收器离测量对象的距离上成正比，测量出△f的大小也就可以计算得到距离L的数值。设调制信号波形为三角型，固态源初始频率为f_０，则固态源频率变化规律为

　　　　　　　　　（1）

　　式中，T为调制波周期；F为调制波频率；f_０为固态源初始频率；f_２为本振频率；△f_０为固态源在调制信号l／2周期内的频偏范围；t为时间 。

　　回波频率为

　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）

　　式中，f_１为回波频率；△t为微波往返于被测对象之间的延迟时间，C为光速，L为被测距离；所以，差频频率△f为

　　　　　　　　　　（3）

　　由上式整理得被测距离L为

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （4）

　　从上式可以看出被测距离L与差频频率△f成正比。当固态源的调制频率，和频偏△f_０定时，只要测出△f，就可以计算得到L。

　　当固态工作频偏△f＝300 MHz，调制频率F＝1kHz时，代入式（3）中可得

　　即被测距离L每变化1m时，差频频率为4kHz。

　　采用三角波双重调制可以克服调频式微波物位计的部分固有误差；加上采取其他措施，微波物位计的测量精确度可达±l％。测量范围一般为0.5～20 m，最大可达几十米（由固态源发射功率大小决定）以上。