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导波雷达物位计是根据时域反射原理设计的接触式物位液位测量仪表。目前工业现场用于测量物液位的新型产品雷达物位计大多为进口产品,而国产雷达物位计存在抗干扰能力较差、测量精度不高的缺陷。本课题根据目前国内外同类产品性能指标,结合国内工业控制现场对雷达物液位计的性能要求,设计导波雷达物液位计核心电路部分,使雷达物位计的精度和抗干扰能力得到提高。 本文研究工作主要内容如下: (1)讨论了智能导波雷达物位计设计的目的和研究意义,研究和讨论了导波雷达物位计的发展历史和国内外研究现状以及关键技术; (2)通过对导波雷达物位计的工业测量需求进行分析,完成了雷达物位计上午总体设计及主要性能参数的选取; (3)通过等效时间扩展采样技术对该微小时间差进行检测,通过分析系统硬件电路的设计方法,对硬件关键电路进行仿真设计。包括固定频率振荡电路、可调频率振荡电路和差频检测电路,并具体分析系统微波信号产生电路,利用高斯UWB脉冲信号设计相关发射脉冲电路和采样脉冲电路。同时分析系统回波定向耦合电路和平衡取样电路,最后设计了系统的放大电路。 (4)软件设计上首先对主程序进行总体分析设计,然后主要对回波采样数据处理算法进行设计,分析了两种抗干扰算法,包络曲线算法和首波处理算法,同时设计了一种微小信号末端检测算法并给出算法的设计思想。最后给出了曲线实时值计算算法,并结合实际程序分析软件设计中用到的一阶滞后滤波算法,及其滤波效果的前后对比分析。 (5)对发射微带线进行了仿真,对设计完成的接触式导波雷达物位计进行了整机测试,包括精度测试和可靠性测试,测试结果表明该物位计能够实现物液位的测量功能,相关技术指标也能够满足工业现场测量要求。由于物位计软件设计上采用独特的回波抑制与抗干扰技术,使得物位计具有良好的抗干扰能力,系统测量稳定性大大提升。 本文工作的创新之处在于:(1)改进的UWB脉冲电路降低了系统功耗;(2)物位计能够根据回波强弱自动调节信号大小,提高了系统的稳定性。