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    120GHz調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)液位計說明書
    發(fā)布時間:2021-11-26 09:06:57

    1、引言

    隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城鎮(zhèn)化規(guī)模不斷加大,受城市熱島、極端天氣的影響,臺風(fēng)、暴雨,特別是局地強(qiáng)暴雨時有發(fā)生,城市容易產(chǎn)生內(nèi)澇從而引發(fā)嚴(yán)重的社會問題和經(jīng)濟(jì)損失,對城市地下管網(wǎng)水位精準(zhǔn)監(jiān)測是實現(xiàn)城市洪澇監(jiān)測預(yù)警預(yù)報與應(yīng)急響應(yīng)必不可少的技術(shù)支撐手段,而實現(xiàn)對城市地下管網(wǎng)水位監(jiān)測,監(jiān)測儀器就必須采用非接觸式測量方式部署在地下管網(wǎng)檢修井中長期無人值守工作,工作環(huán)境密閉且監(jiān)測空間小則要求儀器的測量盲區(qū)小、通信通暢。但市場上已有的同類產(chǎn)品存在以下缺點(diǎn):一、存在較大的盲區(qū),水位測量精度無法滿足流量推算要求;二是功耗大,不能滿足長期無人值守監(jiān)測的要求;三是通信方式基本都是基于GPRS方式,在密閉工作環(huán)境下通信可靠性差。

    因此應(yīng)用先進(jìn)的調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)波測量技術(shù)和聚焦透鏡技術(shù)研制一款高精度的雷達(dá)液位監(jiān)測裝置解決城市地下管網(wǎng)水位精準(zhǔn)監(jiān)測問題和提升城市洪澇監(jiān)測預(yù)警預(yù)報與應(yīng)急響應(yīng)能力方面具有重要意義。 

    2、總體結(jié)構(gòu)

    在分析調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)的工作原理基礎(chǔ)上,選用鋸齒波作為雷達(dá)輸入的調(diào)制信號;結(jié)構(gòu)設(shè)計上一方面采用高度集成一體化設(shè)計理念,滿足一體化雷達(dá)液位監(jiān)測裝置在城市地下管網(wǎng)窨井內(nèi)或灌區(qū)測橋下應(yīng)用要求,另一方面通過應(yīng)用聚焦透鏡,縮小120GHz毫米波的波束角,提高測量精度。其設(shè)計原理圖如圖1。

    雷達(dá)圖1.png

    3、研制方案

    一體化雷達(dá)液位監(jiān)測裝置在結(jié)構(gòu)上主要分為數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分和數(shù)據(jù)傳輸部分。數(shù)據(jù)采集部分雷達(dá)傳感器主要由120G毫米波收發(fā)模塊和聚焦透鏡組成,該部分功能是通過直接采用商業(yè)化的120G毫米波收發(fā)芯片和自主設(shè)計信號處理電路來實現(xiàn),聚焦透鏡設(shè)計則采用對雷達(dá)波束角度做3D仿真來得到滿足要求的機(jī)械加工尺寸來實現(xiàn)。

    4、設(shè)備設(shè)計指標(biāo)

    (1)水位量程:5m;

    (2)雷達(dá)波束角:4°;

    (3)雷達(dá)傳感器工作頻率:120G~126G;

    (4)雷達(dá)傳感器掃頻帶寬:6G;

    (5)雷達(dá)傳感器調(diào)制周期:10ms;

    (6)水位測量精度:全量程±3mm;

    (7)盲區(qū):0.06m;

    (8)工作溫度:-25℃~+60℃;

    (9)功耗:值守電流≤20μA (@7.2VDC);

    (10)通信方式:支持 GPRS 和 NB-IoT;

    (11)適用范圍:城市地下管網(wǎng)窨井內(nèi)或灌區(qū)測橋下。

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