什么是 “虛假回波”？3 招教液位計(jì)自動(dòng)過(guò)濾干擾

在工業(yè)生產(chǎn)與日常監(jiān)測(cè)場(chǎng)景中，液位計(jì)是用于測(cè)量容器內(nèi)液體高度的關(guān)鍵設(shè)備。然而，“虛假回波” 的存在常常給液位測(cè)量帶來(lái)困擾，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。想要解決這一問(wèn)題，初辰科技教你先了解什么是虛假回波，以及液位計(jì)該如何自動(dòng)過(guò)濾這些干擾。

虛假回波，是指在液位測(cè)量過(guò)程中，由非目標(biāo)液位表面的物體反射測(cè)量信號(hào)所產(chǎn)生的干擾信號(hào)。這些干擾信號(hào)會(huì)被液位計(jì)誤認(rèn)為是真實(shí)的液位回波，從而導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。虛假回波產(chǎn)生的原因多種多樣。其一，是測(cè)量環(huán)境中的障礙物，如儲(chǔ)罐內(nèi)的攪拌器、加熱盤(pán)管、支架等，會(huì)反射測(cè)量信號(hào)形成虛假回波；其二，被測(cè)介質(zhì)的特性也會(huì)引發(fā)虛假回波，例如介質(zhì)表面波動(dòng)劇烈、存在大量氣泡，或者介質(zhì)蒸發(fā)凝結(jié)形成霧氣等，都可能改變信號(hào)反射路徑；其三，測(cè)量?jī)x器自身的安裝位置不當(dāng)、天線或探頭表面附著介質(zhì)，同樣會(huì)產(chǎn)生額外的反射信號(hào)。虛假回波的存在，不僅會(huì)使測(cè)量精度下降，導(dǎo)致液位數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，還可能引發(fā)系統(tǒng)誤動(dòng)作，如觸發(fā)錯(cuò)誤的報(bào)警或?qū)е麻y門(mén)異常開(kāi)關(guān)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生產(chǎn)事故，增加維護(hù)成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。

為了有效應(yīng)對(duì)虛假回波帶來(lái)的干擾，液位計(jì)可通過(guò)以下三種方式自動(dòng)過(guò)濾干擾，提升測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

采用先進(jìn)的高頻窄脈沖技術(shù)

高頻窄脈沖技術(shù)從信號(hào)源頭提升液位計(jì)的抗干擾能力。傳統(tǒng)液位計(jì)發(fā)射的寬脈沖信號(hào)能量分散，容易被障礙物反射，進(jìn)而產(chǎn)生虛假回波。而高頻窄脈沖技術(shù)通過(guò)提高發(fā)射頻率、縮短脈沖寬度（達(dá)到納秒級(jí)），實(shí)現(xiàn)高分辨率識(shí)別與強(qiáng)穿透力。以 26GHz、78GHz 雷達(dá)液位計(jì)為例，窄脈沖信號(hào)能夠精準(zhǔn)區(qū)分近場(chǎng)障礙物回波與遠(yuǎn)場(chǎng)液位回波，如 Vega Puls69 雷達(dá)液位計(jì)采用 78GHz 高頻技術(shù)，脈沖寬度僅 0.5ns，可識(shí)別間距 10cm 以?xún)?nèi)的不同反射體。此外，高頻信號(hào)受霧氣、粉塵等環(huán)境干擾更小，能穿透介質(zhì)表面波動(dòng)形成的雜亂回波，準(zhǔn)確捕捉真實(shí)液位反射。在液化天然氣（LNG）儲(chǔ)罐測(cè)量中，罐內(nèi)低溫環(huán)境易產(chǎn)生霧氣，傳統(tǒng) 5GHz 雷達(dá)易受虛假回波影響，而采用 26GHz 高頻技術(shù)的 E+H ProRadar FMR50 液位計(jì)，通過(guò)窄脈沖信號(hào)有效過(guò)濾霧氣反射，將測(cè)量誤差控制在 ±3mm 內(nèi)。

運(yùn)用智能回波算法

智能回波算法借助大數(shù)據(jù)與 AI 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛假回波的動(dòng)態(tài)過(guò)濾。該算法首先通過(guò)收集大量真實(shí)液位與虛假回波數(shù)據(jù)，建立機(jī)器學(xué)習(xí)模型，深入分析兩者在信號(hào)強(qiáng)度、上升沿斜率、時(shí)域分布等維度的差異。以西門(mén)子 SITRANS LR460 雷達(dá)液位計(jì)的 “True Echo” 算法為例，它能夠識(shí)別 90% 以上的虛假回波模式，像攪拌器回波的周期性特征就可被精準(zhǔn)識(shí)別。同時(shí)，智能回波算法還能根據(jù)介質(zhì)特性（如介電常數(shù)、表面粗糙度）自動(dòng)調(diào)整回波可信度閾值，只有當(dāng)信號(hào)滿(mǎn)足 “液位回波強(qiáng)度隨距離衰減”“反射角度與液位平面一致” 等條件時(shí)，才判定為有效信號(hào)。在化工反應(yīng)釜場(chǎng)景中，攪拌器啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)虛假回波，采用 Rosemount 5408 雷達(dá)液位計(jì)的 “攪拌模式” 算法，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)回波頻率變化，識(shí)別攪拌器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的周期性脈沖，將非液位特征的回波標(biāo)記為干擾并剔除，還能結(jié)合釜內(nèi)溫度、壓力等參數(shù)，預(yù)測(cè)真實(shí)液位回波的理論位置，進(jìn)一步校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果。

實(shí)現(xiàn)物理與軟件協(xié)同抑制

物理與軟件協(xié)同抑制通過(guò)硬件和算法的全鏈路優(yōu)化，有效減少虛假回波干擾。在硬件層面，液位計(jì)可設(shè)置虛假回波屏蔽區(qū)，如 Endress + Hauser Liquipoint FTW33 超聲波液位計(jì)，用戶(hù)可通過(guò)菜單設(shè)置 “盲區(qū)” 范圍，將傳感器附近 0.5 米內(nèi)的回波（如探頭安裝支架反射）直接屏蔽；還可優(yōu)化天線結(jié)構(gòu)，采用拋物面天線或陣列天線，聚焦信號(hào)發(fā)射方向，減少非液位方向的能量輻射，像科隆 KROHNE Optiwave 7300 雷達(dá)液位計(jì)的 “波束角度控制” 技術(shù)，將波束角縮小至 3°，降低罐壁反射概率。在軟件層面，液位計(jì)具備虛假回波列表注冊(cè)功能，用戶(hù)可手動(dòng)錄入固定障礙物位置，儀器在計(jì)算時(shí)自動(dòng)忽略該區(qū)域回波，如 Emerson Rosemount 3900S 雷達(dá)液位計(jì)支持最多 20 個(gè)虛假回波點(diǎn)注冊(cè)，適用于復(fù)雜罐體結(jié)構(gòu)；同時(shí)，通過(guò)多回波加權(quán)融合，對(duì)同一測(cè)量周期內(nèi)的多個(gè)回波信號(hào)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，弱化隨機(jī)虛假回波，強(qiáng)化真實(shí)液位回波，如橫河 YEWFLO LR250 液位計(jì)采用該技術(shù)，將測(cè)量重復(fù)性誤差降至 ±0.1% FS。

虛假回波是液位測(cè)量中不容忽視的問(wèn)題，而高頻窄脈沖技術(shù)、智能回波算法以及物理與軟件協(xié)同抑制這三種方法，從不同角度為液位計(jì)自動(dòng)過(guò)濾干擾提供了有效解決方案。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)液位計(jì)在虛假回波處理方面將更加智能和高效，為工業(yè)生產(chǎn)和各類(lèi)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景提供更精準(zhǔn)可靠的液位測(cè)量數(shù)據(jù)。

以上就是初辰科技根據(jù)儀表專(zhuān)業(yè)介紹了液位計(jì)應(yīng)對(duì)虛假回波干擾的常用方法。如果你想了解某類(lèi)特定液位計(jì)的詳細(xì)防干擾技術(shù)，或有其他相關(guān)問(wèn)題，歡迎隨時(shí)告訴初辰科技。