透鏡式雷達液位計是高頻雷達技術(shù)的高級實現(xiàn)形式,其命名源于天線前端集成的介質(zhì)透鏡(通常由聚四氟乙烯(PTFE)或聚丙烯(PP)制成)。微波在通過透鏡時發(fā)生波束折射與聚焦效應(yīng),將原本擴散的電磁能量收窄為一束高密度、低旁瓣的波束。典型的高頻透鏡雷達(80GHz量級)波束角可控制在3°至5°,相比傳統(tǒng)喇叭天線的10°至15°具有顯著的聚焦優(yōu)勢。
從物理原理分析,透鏡的作用類似于光學(xué)凸透鏡對可見光的聚焦。平面電磁波射入透鏡后,在透鏡的非球形曲面發(fā)生相位調(diào)整,使得出射波近似為平面波或會聚于焦線方向。這一設(shè)計帶來三方面優(yōu)勢:其一,極窄波束可以有效避開罐壁、加熱盤管、攪拌葉片等內(nèi)部障礙物產(chǎn)生的虛假回波;其二,能量集中提高了低介電常數(shù)介質(zhì)(如液化石油氣、精煉植物油,介電常數(shù)1.9-3.0)的反射信號強度,使測量更可靠;其三,由于波束接觸面積小,在有粘附或冷凝的罐頂,透鏡式天線表面的液滴影響被降至低。
高性能透鏡式雷達液位計的典型指標(biāo)包括:測量范圍0-120米,工作溫度-40℃至+200℃,壓力范圍真空至25bar,精度可達±0.5mm。其適用工況非常明確:需要對小尺寸或遠距離目標(biāo)進行精確液位跟蹤的場合;介質(zhì)介電常數(shù)低或液面反射信號微弱的場合(如液化天然氣、液氮、液態(tài)丙烷);以及強粉塵、蒸汽環(huán)境下的固體料位測量。選型時注意:透鏡天線材料須與介質(zhì)兼容——PTFE適用于強酸強堿,PP適合中性水溶液;另外,透鏡式雷達不能用于含有氨氣等可穿透PTFE的介質(zhì)。此外,對于粘性高且易固化的介質(zhì),應(yīng)采用帶吹掃接口或平面透鏡設(shè)計,防止固化層吸收微波能量。總體而言,透鏡式雷達以其的聚焦性能,解決了傳統(tǒng)雷達在復(fù)雜罐體內(nèi)測量可靠性低的難題,是惡劣工況的方案。