雷達(dá)料位計(jì)主要由發(fā)射和接收裝置、信號處理器、操作面板、顯示器、天線、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)波的特性來檢測料位，其基本工作原理為發(fā)射—反射—接收。雷達(dá)料位計(jì)的天線以波束的形式發(fā)射雷達(dá)波，雷達(dá)波經(jīng)筒倉內(nèi)物料面反射后由雷達(dá)接收單元接收。通過測量雷達(dá)波發(fā)射到接收的間隔時(shí)間（即時(shí)延）就可測得倉內(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)波的波長較短，與液面波動(dòng)幅度接近，易造成散射，導(dǎo)致測量精度下降，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測量料位，而C波段的雷達(dá)波波長約為52mm，無法在測量有安息角的毫米級顆粒的料位時(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，78GHz、80GHz等高頻微波也逐漸開始應(yīng)用，這使更加細(xì)小的顆粒甚至粉末狀顆粒料位的測量成為可能。

雷達(dá)波的物理特性類似于可見光，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，被測介質(zhì)的電導(dǎo)率或電容率越大，回波信號的反射效果就越好。雷達(dá)波的頻率越高，發(fā)射角度越小，能量（磁通量或場強(qiáng)）越大，波的衰減越小，雷達(dá)料位計(jì)的測量效果越好。

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，回波也是通過頻差的方式來測量距離。

脈沖波可分為無調(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)間的電磁波測量方法測量料位。脈沖波雷達(dá)的測量原理比較簡單，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，測得發(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量時(shí)，由于脈沖波的往返時(shí)間太短，直接測量時(shí)延精度誤差相對較大。

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，這有利于保證信號質(zhì)量，在提供較遠(yuǎn)的非模糊測量距離的同時(shí)降低系統(tǒng)的平均功率。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)的原理是通過發(fā)送具有一定帶寬、頻率線性變化的連續(xù)信號，再對接收到的連續(xù)信號進(jìn)行快速傅里葉變換，通過發(fā)送與接收信號的頻差計(jì)算2個(gè)信號的時(shí)間差，得到相對應(yīng)的距離。

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

由于接收信號時(shí)間延時(shí)，同一時(shí)刻的發(fā)射信號與回波信號存在固定的頻率或相位差異，而混頻后輸出的信號則包含了物料的特征信息，此混頻信號稱為差拍信號，通常此差拍信號包含很強(qiáng)的頻率泄漏及干擾信號，需要先濾波、放大預(yù)處理后再進(jìn)行數(shù)字信號處理，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)，測量距離更遠(yuǎn)，同時(shí)成本也更高。

審核編輯 黃宇