76-81GHz连续调频波雷达物位计
产品使用说明书
产品介绍
特点
76-81GHz的调频连续波(FMCW)雷达产品，支持四线制和两线制应用。多个型号，产品量程可以达到120m, 盲区可以做到8 cm。由于它工作频率更高，波长更短，所以尤其适合固体应用，通过透镜发射接收电磁波的工作方式，在高粉尘，恶劣温度环境下（+200℃）具有的优势。仪表提供法兰或者螺纹的固定方式，使得安装便捷简易。
此系列的主要优势如下：
基于自研的CMOS毫米波射频芯片，实现更紧凑的射频架构，更高的信噪比，更小的盲区。
5GHz工作带宽，使产品拥有更高的测量分辨率与测量精度。
最窄3°天线波束角，安装环境中的干扰对仪表的影响更小，安装更为便捷。
波长更短，在固体表面具有更好的反射特性，因而不需要特别的使用万向法兰来进行瞄准。
支持远程调试与远程升级，减少等待时间，提高工作效率。
支持手机蓝牙调试，方便现场人员维护工作
通信与调试
在现场可以通过LCD进行仪表调试，也可以用选配的上位机软件在PC端进行调试。雷达仪表与PC之间通过以下方式进行通讯：
USB转RS485串口线（四线制）；
USB转TTL串口线（两线制）；
USB转Hart-modem（两线制）进行通信。
通过手机蓝牙调试，使现场调试更安全、方便。
5、4G网络，通过远程模块，进行远程调试。
技术规格|SPECIFICATIONS
物位计技术规格
发射频率 | 76GHz~81GHz，调频扫描频率宽度5GHz |
测量范围 | 0.1~120m |
测量精度 | ±1mm |
波束角 | 3°、8° |
使用介电常数范围 | >=2 |
供电范围 | 18~28.0VDC，四线制（＜1W） |
通讯方式 | HART/MODBUS总线 |
信号输出 | 4~20mA（with HART总线）或RS-485 |
故障输出 | 3.8mA、4mA，20mA，22mA，保持 |
现场操作/编程 | 128×64 点阵显示屏/4按键 可配置 上位机设置软件 |
工业温度/湿度 | -40~85℃/≤95%RH |
外壳材质 | 铝合金、不锈钢 |
天线类型 | 透镜天线，可配透镜天线护罩/防腐型天线/天线散热膏/石英隔离法兰盘 |
过程压力 | -0.1~2MPa |
产品尺寸 | Ø100*270mm |
电缆入口 | M20*1.5 |
推荐线缆 | AWG18或0.75mm² |
防护等级 | IP68 |
安装方式 | 螺纹或法兰 |
净重/毛重量 | 2.480Kg/2.995Kg |
包装箱尺寸 | 28*28*32cm |
安装
安装需要注意的两点：（1）对准目标料位，尽量保证垂直入射料位；（2）避免虚假回波。典型工况参见以下几点。
保证波束范围内没有干扰物，如人梯，台阶。
仪器安装位置示意图
仪表安装应保证天线波束避开进料口，如图所示。
天线波束避开进料口
仪器安装至少离容器壁20cm，否则很可能产生错误读数，如图4-3所示。
1安装至少离容器壁20cm
锥型容器尽量保证波束直射罐底，否则在罐底的测量结果可能不准确，如图4-4所示
锥形罐尽量保证波束直射罐底
安装|INSTALL
连接|CONNECTION
单腔外壳24VDC产品接线图
图单腔外壳24VDC产品接线图
4 24VDC供电产品接口说明
仪表24VDC供电产品接口说明
PIN1 | 24VDC(+)电源线正端 |
PIN2 | 24VDC(-)电源线负端 |
PIN3 | HART(+)，即4-20mA(+)，4-20mA电流输出正端 |
PIN4 | HART(-)，即4-20mA(-)，4-20mA电流输出负端 |
PIN5 | RS485(A)，485通信输出 |
PIN6 | RS485(B)，485通信输出 |
仪表操作|OPERATION
按键说明
产品显示模块由4个按键和128×64 点阵显示屏显示。
显示系统有4种显示界面模式：
【运行测量界面 Run Mode】：显示系统运行状态和当前测量数据
【回波曲线界面Echo Mode】：显示系统当前测量的回波情况
【历史曲线界面 Memo Mode】：显示系统运行记录的历史测量数据
【设置参数界面 Setup Mode】：设置系统运行的各类数据参数
【输入数据界面 Input Mode】：输入参数的数值，数字或字符
在不同的显示模式下的4个按键的功能也不同
运行测量界面说明
运行测量界面时按键功能说明
标注 | 功能 | 键盘 |
① | -切换进入设置参数界面 | OK |
② | - NULL | |
③ | - NULL | |
④ | -切换进入回波曲线界面 | BK |
运行测量界面，显示如下：
运行测量界面示意图
回波曲线界面说明
标注 | 功能 | 键盘 |
① | -切换进入运行测量界面 | OK |
② | -NULL | |
③ | -显示/隐藏阈值曲线 | |
④ | -分段显示回波曲线 | BK |
在运行测量界面下，按【BK】键进入回波曲线界面
回波曲线界面示意图
在回波曲线界面，按[BK]键可以实现回波曲线界面到运行测量界面的切换。
回波界面中，特别地：
198db数字表示量程内的回波强度，良好的金属反射板，回波强度应该在220dB左右，回波强度如果小于80dB，表明回波信号较弱，需要技术人员进行相应的排查。
设置参数界面说明
设置参数界面时按键的功能说明
标注 | 功能 | 键盘 |
① | -切换进入运行测量界面 | BK |
② | -向上移动选择条目 | |
③ | -向下移动选择条目 | |
④ | -进入所选条目子界面 | OK |
由运行测量界面，按【OK】切换进入设置参数界面，如下图显示：
设置参数界面（1）
【基础设置】
【基础设置】菜单项可以实现多种功能，如下表所示。通过这些参数设置，可以实现物位计的快速启动。选中【基础设置】，按【OK】进入选项界面，选项列表如下表所示：
基本设置菜单选项
默认位置 | 菜单项 |
高低位设置 | |
量程设置 | |
阻尼设置 | |
介质类型 | |
容器类型 |
【高级设置】
选中【高级设置】，按【OK】进入选项界面，选项列表如下表所示：
高级设置菜单选项
默认位置 | 菜单项 |
虚假回波学习 | |
距离偏移 | |
电流偏移 | |
输出模式 | |
电流仿真 | |
电流函数 | |
总线地址 | |
TR |
【服务】
选中【服务】，按【OK】进入选项界面，选项列表如下表所示：
服务菜单选项
默认位置 | 菜单项 |
原始积累 | |
一级滤波 | |
二级滤波 | |
回波指数 | |
非极值抑制 | |
阈值设置 | |
窄波滤波器 | |
窗口设置 | |
采样 | |
杂波设置 | |
算法 | |
回波锁定 | |
响应速率 | |
相似度 | |
有效比例 | |
首波距离 | |
首波比例 |
【显示】
选中【显示】，按【OK】进入选项界面，选项列表如下表所示：
显示菜单选项
默认位置 | 菜单项 |
显示模式 | |
测量单位 | |
语言 | |
LCD |
菜单选项操作设置
基础设置菜单操作
按【 】进入基础菜单选项【高低位调整】
【高低位调整】涉及量程设置有关它，与【高位调整】一起映射测量值与电流输出（4-20mA）的对应关系。【基础设置】菜单中选【高低位调整】，按【OK】 按键，进入【高低位调整】，按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。
【高低位调整】高位对应满料位置，低位对应空仓位置，如下图所示。
低位调整编辑界面与定义
按【 】进入基础设置菜单选项【量程设置】
为了测量得到正确的结果，需设置仪表的量程范围。选中【基础设置】菜单，进入【量程设定】选项，如需修改数值，按【OK】键编辑操作完成。按【BK】退出。
参数名称 | 量程 | ||
参数范围（m） | 1~60 | 1~30 | 1~120 |
默认值（m） | 60 | 30 | 120 |
关联配置 |
当电流输出函数为距离时，4mA对应位置和量程对应，且同时修改； 设置量关系: 盲区+0.5 <= 量程 | ||
选项意义 | 大于量程的回波区域不选择 | ||
特别事项 | 无 | ||
· 按【 】键进入【阻尼时间】
为了提高测量输出值的稳定性，可以设定更大的【阻尼时间】来实现测量值稳定，增加抗干扰能力。例如，阻尼时间为2秒，被测物体位置在t时刻发生阶跃变化，测量输出值在10秒后时跟随到被测物体实际位置，按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【介质类型】
设定【介质类型】可以显示液体和固体两种模式，按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
设定【容器类型】可以根据现场容器来选择相对应得容器，按【OK】键编辑操作完成。按【BK】退出。显示如下：
高级设置菜单操作
· 按【OK】键进入基本设置菜单栏再按【 】进入【高级设置】菜单
按【OK】键进入【虚假回波学习】设置，【虚假回波学习】可以学习到包含已知障碍物容器中的虚假回波，并形成背景噪声的筛除曲线（阈值曲线），学习虚假回波之前需要设置好【阈值模式】和【阈值区域】。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【距离偏移】
设定【距离偏移】修正理想测量值和实际测量值的偏差。出厂前已经设置完成，按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【电流偏移】
设定【电流偏移】来校准电流输出的误差值，出厂前已校准，按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【输出模式】
根据客户的要求选择【电流输出模式】的方向，按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。
· 按【 】键进入【电流仿真】
设定【电流仿真】来校准电流输出的误差值，出厂前已校准，按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【电流函数】
设定【电流函数】，可以设置仪表遇到丢波故障时，实际输出电流的值。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【总线地址】
本功能只适用于RS485MODBUS通讯，当两个或两个以上的仪表使用HART通讯接口连接到上位机时，需要用此功能将仪表设置为多点工作模式。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【TR】
TR是根据测量不同工况不同量程来修改TR板信号强度功率的。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
服务菜单操作（非厂家技术人员请勿操作本菜单）
· 按【OK】键进入基本设置菜单栏再按【 】进入【服务】菜单
按【OK】键进入【原始积累】设置ADC原始信号的采集次数。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【一级滤波】
【一级滤波】在小量程测量环境中可根据波形选择开启或关闭。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【二级滤波】
【二级滤波】是界面滤波在大量程测量环境中可根据波形选择开启或关闭，要求盲区太小的话不要使用。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【回波指数】
【回波指数】用于调整波形变化速度的快慢，数值越大波形变化越慢越稳定，反之数值越小波形变化速度越快。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【非极值抑值】
【非极值抑值】用于屏蔽非常细小并且非常尖的杂波，一般的话在显示界面看不出来，需在上位机上面观察。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【阈值设置】
【阈值设置】设置有效回波的阈值大小，阈值设定越大，要求现场有效回波幅度越强，有利于剔除小信号杂波的干扰。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【窄波滤波器】
【窄波滤波器】用于屏蔽非常窄的杂波，曲线宽度小于设定值的波形不测。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【窗口设置】
【窗口设置】用于对波形锁定后前后范围搜索。当前回波锁定以后会在设定的这个范围值内前后搜索回波，如果当前回波丢失，或者上料下料过快回波没有跟踪上，它会在全程搜索一个回波并且确认当前回波。如之前丢失的回波在恢复，也不会确认之前的丢失的回波了。时间的话是箭头跟踪的速度。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【采样】
【采样】是回波丢失后在出现一个新回波时候采集回波的次数，采集次数越多越稳定，次数少反应越快。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下
· 按【 】键进入【杂波设置】
【杂波设置】相当于一个二级阈值。强度相当于杂波的高度，然而面积需要特殊公式计算。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下
· 按【 】键进入【算法】
【算法】可根据被测的环境选择程序的算法。F:首波 L:回波 A：面积回波 AL：面积和强度都是回波。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【回波锁定】
【回波锁定】选择搅拌器的话是在这个窗口范围内寻找信号（这里窗口范围指的是前面窗口设置的的参数）。解锁的话就是在全程寻找信号。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下
· 按【 】键进入【响应速率】
【响应速率】用于调整仪表对实际料位增加的响应速率，速率和时间设置变更时，响应速率自动发生变更。一般固体速率设置稍大，液体稍小。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【相似度】
【相似度】如有两个相似的回波，跟踪箭头会在这两个回波中来回确认真实回波，此时设定值越大越不会跳动，只会选择的真实回波。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【有效比例】
【有效比例】窗口以为回波大于窗口内回波的百分比。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【首波距离】
【首波距离】回波进入设定距离测首波。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【首波比例】
【首波比例】与回波的比例确认。按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
显示菜单操作
· 按【 】键进入【显示模式】
设定【显示模式】可以显示物位和空高两种模式，按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【测量单位】
根据需求来更改单位 默认单位为m按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【语言】 可选择中文和英文，按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
· 按【 】键进入【LCD】
设定【LCD】可以调节显示屏亮度，选中【LCD】，按【OK】键编辑操作完成，按【BK】退出。显示如下：
附录：术语表
波束角：以比值低3dB作为界限的波束宽度。最小波束角3°，如图11-1所示。
距离分辨率（Range Resolution）：距离分辨率是指雷达分辨两个靠得很近物体的能力。 如果两个物体的间隔小于物位雷达的距离分辨率，那么雷达只能测得一个距离值，此距离值不等于其中任何一个物体的距离值，而是两个物体距离值的综合。LM78XX的调频带宽B=5.1GHz，最小距离分辨率=C/2B≈3cm。
测量精度（Accuracy）：如果只有一个物体且这个物体移动了很小的距离，物位雷达是否能识别距离变化。分辨出单个物体移动距离的指标叫做精度。LM78XX的中频信号进行自有算法分析，测量精度为0.1mm。
环境温度：接触设备外壳的周围空气的温度。
盲区：指仪表的近端的测量极限，盲区内仪表无法测量
dB(分贝): 表示信号幅值的单位。
介电常数（DK）：在电磁场感应下，电介质储存电能的能力。常称为相对介电常数。介电常数的增长直接与回波幅值的增长成比例。相对真空/干燥空气介电常数是 1。
回波：雷达接受到的反射的信号。
发射锥体：天线波束角度的延伸。
虚假回波：任何不是所需目标产生的回波。一般来说，虚假回波由容器的障碍物产生。
多重回波：在目标回波距离出现的多次反射回波，可能为2次，3次。
极化：发射的电磁波属性，描述随时间改变的电场矢量的方向和幅值。
量程：（1）指仪表的最远测量极限（2）特殊的，指人为设定的最远距离，该距离以外，仪表处理数据的时候不考虑。
重复性：在相同测试环境下，多次测量同一个反射目标，测量结果的偏差程度。
光速：符号C，电磁波速度（包括电磁波和在自由空间的光。）光速为 299,792,458 米每秒。
阈值曲线：一个随时间变化的曲线，作为阀值，超过其的回波被认为是有效的。
