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浅析高频雷达液位计水位测量数据跳变的问题与解决方法

发布时间:2021-01-05   点击次数:148次
  数据跳变的原因分析
 
  高频雷达液位计的工作原理可简单概括为如下:雷达液位计发射雷达波;水面反射雷达波;雷达液位计接收雷达波。在以上三个过程中,雷达液位计本身的技术指标决定了发射与接收过程的信号质量,而水面反射雷达波的过程对信号强度产生至关重要的影响,在此过程中各种干扰因素会使反射波信号强度降低,使得雷达液位计接收到的反射波太弱或接收不到反射波,导致水位测量失败。
 
  解决数据跳变的​三步走
 
  (1)加大发射功率,增强信号反射。既然反射波的强弱决定水位测量的成败,且不同的干扰物造成的影响不同,为更好地分析各类干扰的影响,我们模拟了平稳的水环境、大波浪水面、有漂浮物水面、戈壁干滩等各种不同情况,采用30M量程发射功率的雷达液位计在10M 高度进行测试,以保证信号反射的量程一致。多次实验结果表明:平稳的水环境基本能够正常反射信号,而大波浪水面出现数据波动,有漂浮堆积物的水面、戈壁干滩则出现数据跳变。我们将发射功率加大到70M 量程,则基本不出现数据跳变的问题;经过反复验证,适当加大发射功率可有效降低数据跳变概率。

高频雷达液位计


 
  (2)改用常供电,保证工作状态稳定。野外监测设备通常采用太阳能供电模式,为了能够更好地保证系统用电,RTU会对其进行供电控制:一般数据采集频次设置为不小于6 分钟,在采集数据发射的间隔期,RTU将停止对其进行供电,且RTU自身也会进入休眠状态以降低功耗,在下一个数据采集周期RTU 自动苏醒,并给其供电。在液位计经几十秒的加电预热后,RTU 对其发送数据采集指令,获取到回传的数据后进行发送。
 
  高频雷达液位计供电预热的时长受外界气温的变化影响较大,一般高温度(25℃以上)时在28 秒左右,低温(-10℃以下)时会增长到45 秒左右,且RTU为雷达液位计加电的瞬间会产生较大的启动工作电流,不但增加功耗,还将缩短雷达液位计的使用寿命。目前使用的RTU 和雷达液位计均采用低功耗元器件制造,因此适当增加太阳能板和蓄电池的容量,可保证RTU和液位计长时间工作,为增强其稳定性,第二步实验采用常供电的模式:即RTU给液位计持续加电,保证其一直处于稳定的工作状态。通过多次实验对比,低温时常供电工作方式对液位计数据测量效果突出,数据跳变的几率降低60%以上,数据可用率得到了较大提高。
 
  (3)多次均值测量,过滤跳变数据。为了能够更好地处理特例的数据跳变,第三步,我们对高频雷达液位计CPU内固化的软件程序进行优化,以此更大程度地避免跳变数据的出现。CPU 内固化的软件程序原有数据处理模式为:发射脉冲波后并接收到反射波即迅速处理一组数据,作为测量数据回送给RTU,因此易将跳变数据作为正常数据来处理。通过常供电工作模式的调整,液位计一直处于稳定工作状态,
 
  CPU内的程序可控制雷达液位计按照特定的周期发射脉冲波后进行接收处理,获得采集数据。实验中按照每0.5 秒钟发射一组雷达波,进行一次数据处理,并将数据进行存储,连续采集18 组数据,去掉4 组*大值和4 组*小值后,取平均值作为可用数据测量值返回给RTU,通过RTU 发送数据。
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