雷達(dá)料位計(jì)主要由發(fā)射和接收裝置、信號(hào)處理器、操作面板、顯示器、天線(xiàn)、故障報(bào)警裝置等 6部分組成。

雷達(dá)料位計(jì)利用雷達(dá)波的特性來(lái)檢測(cè)料位，其基本工作原理為發(fā)射—反射—接收。雷達(dá)料位計(jì)的天線(xiàn)以波束的形式發(fā)射雷達(dá)波，雷達(dá)波經(jīng)筒倉(cāng)內(nèi)物料面反射后由雷達(dá)接收單元接收。通過(guò)測(cè)量雷達(dá)波發(fā)射到接收的間隔時(shí)間（即時(shí)延）就可測(cè)得倉(cāng)內(nèi)料位高度，且料位與時(shí)延呈負(fù)相關(guān)，計(jì)算公式為h=H- vt /2（1）

式中：h為料位高度；H為筒倉(cāng)高度；v為雷達(dá)波速度；t為時(shí)延。

雷達(dá)波是一種特殊形式的電磁波，其頻率為300MHz~3000GHz。絕大多數(shù)雷達(dá)料位計(jì)使用的微波頻率有3個(gè)波段，分別是C波段（5.8~6.3GHz）、X波段（9.0~10.5GHz）和K波段（24~26 GHz）。由于高頻雷達(dá)波的波長(zhǎng)較短，與液面波動(dòng)幅度接近，易造成散射，導(dǎo)致測(cè)量精度下降，因此C波段的雷達(dá)波經(jīng)常應(yīng)用于雷達(dá)液位計(jì)；在測(cè)量固體物料時(shí)，由于固體物料表面存在安息角，并不是水平面，因此需要依靠雷達(dá)波在料位面上的漫反射來(lái)測(cè)量料位，而C波段的雷達(dá)波波長(zhǎng)約為52mm，無(wú)法在測(cè)量有安息角的毫米級(jí)顆粒的料位時(shí)形成漫反射，因此主流雷達(dá)料位計(jì)產(chǎn)品采用K波段26GHz頻率。近年來(lái)，78GHz、80GHz等高頻微波也逐漸開(kāi)始應(yīng)用，這使更加細(xì)小的顆粒甚至粉末狀顆粒料位的測(cè)量成為可能。

雷達(dá)波的物理特性類(lèi)似于可見(jiàn)光，以光速傳播，可穿透空間中的蒸汽、粉塵等干擾源，遇到障礙物易被反射，被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率或電容率越大，回波信號(hào)的反射效果就越好。雷達(dá)波的頻率越高，發(fā)射角度越小，能量（磁通量或場(chǎng)強(qiáng)）越大，波的衰減越小，雷達(dá)料位計(jì)的測(cè)量效果越好。

目前，微波雷達(dá)料位計(jì)所使用的雷達(dá)波波形主要分2種：一種是脈沖波，另一種是調(diào)頻連續(xù)波。目前市面上也出現(xiàn)了將兩者結(jié)合起來(lái)的調(diào)頻脈沖波方式，脈沖波的載波是連續(xù)調(diào)頻的，回波也是通過(guò)頻差的方式來(lái)測(cè)量距離。

脈沖波可分為無(wú)調(diào)制和經(jīng)高頻調(diào)制2種波形。脈沖雷達(dá)利用一種基于脈沖飛行時(shí)間的電磁波測(cè)量方法測(cè)量料位。脈沖波雷達(dá)的測(cè)量原理比較簡(jiǎn)單，即雷達(dá)向目標(biāo)發(fā)射高頻脈沖波，遇到物面后反射回來(lái)，測(cè)得發(fā)送時(shí)間與接收時(shí)間之間的間隔時(shí)間，從而求得距離。但當(dāng)脈沖雷達(dá)應(yīng)用于近距離的料位測(cè)量時(shí)，由于脈沖波的往返時(shí)間太短，直接測(cè)量時(shí)延精度誤差相對(duì)較大。

在現(xiàn)代脈沖雷達(dá)中，多數(shù)發(fā)射的是調(diào)頻連續(xù)波，這有利于保證信號(hào)質(zhì)量，在提供較遠(yuǎn)的非模糊測(cè)量距離的同時(shí)降低系統(tǒng)的平均功率。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的原理是通過(guò)發(fā)送具有一定帶寬、頻率線(xiàn)性變化的連續(xù)信號(hào)，再對(duì)接收到的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，通過(guò)發(fā)送與接收信號(hào)的頻差計(jì)算2個(gè)信號(hào)的時(shí)間差，得到相對(duì)應(yīng)的距離。

調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)主要由調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、壓控振蕩器（VCO）、雷達(dá)天線(xiàn)、混頻器、信號(hào)處理器等部分組成。當(dāng)調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)工作時(shí)，調(diào)制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)激勵(lì)VCO產(chǎn)生一定范圍的高頻雷達(dá)信號(hào)，典型的調(diào)制信號(hào)有鋸齒波信號(hào)和三角波信號(hào)。VCO產(chǎn)生跟隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，經(jīng)過(guò)分離器分為2路后，一路信號(hào)通過(guò)雷達(dá)天線(xiàn)發(fā)射端發(fā)射到物料面，另一路信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖區(qū)后與天線(xiàn)接收的物料面反射回來(lái)的回波信號(hào)進(jìn)行混頻。

由于接收信號(hào)時(shí)間延時(shí)，同一時(shí)刻的發(fā)射信號(hào)與回波信號(hào)存在固定的頻率或相位差異，而混頻后輸出的信號(hào)則包含了物料的特征信息，此混頻信號(hào)稱(chēng)為差拍信號(hào)，通常此差拍信號(hào)包含很強(qiáng)的頻率泄漏及干擾信號(hào)，需要先濾波、放大預(yù)處理后再進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，提取相關(guān)目標(biāo)信息。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)抗干擾能力更強(qiáng)，測(cè)量距離更遠(yuǎn)，同時(shí)成本也更高。

審核編輯 黃宇