儲油罐導波雷達液位測量中的濾波器設計
學術研究
作者：郭芝源等
摘 要：導波雷達液位計被廣泛用於測量儲油罐的油脂液位。但是由於儲油罐本身不能滿足導波雷達液位計的安裝要求，導致測量液位不準確，測量結果存在大量噪聲。為此，文中使用測量液位曲線的平滑度作為雷達液位計的置信度，針對低置信度的測量結果，使用相鄰測量點的液位變化速度特征對測量結果進行濾波後處理，以有效去除噪聲，從而提高測量結果的準確度。
關鍵詞：儲油罐；導波雷達；液位計；液位測量置信度；濾波信號處理
中圖分類號：TN959.6 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）08-00-03
0 引 言
隨著油脂儲備工作的重視與發展，油脂監管已成為糧油企業的一項重要工作[1-11]。由於儲油罐體積龐大，儲存油脂多，直接測量油脂數量或者體積難以實現，因此，通常通過測量儲油罐的油脂液位、油脂的溫度，結合罐體尺寸、油脂密度隨溫度變化曲線來計算油脂的體積和質量，從而實現油脂的監管。因此，如何實現儲油罐液位的準確測量一直是糧油企業中普遍存在的問題[2-4]。
導波式雷達液位計把導波杆伸入被測液體中，通過導波杆發射和接收信號。導波雷達液位計雖然需要接觸被測液體，但由於使用了導波杆作為傳輸介質，因此，信號損耗小，能量比較集中，回波質量好，能夠測量介電常數很低的介質；而且，它還具有方向性好、信號頻率低和穿透性好的優點。因此，導波式雷達液位計在儲油罐的油脂液位測量任務中應用十分廣泛[5-11]。
為達到測量精度，導波式雷達液位計需要滿足以下安裝要求[5]：
（1）必須垂直向下安裝導波雷達液位計，傾斜度最大不能超過3°；
（2）雷達的波束中心距容器壁的距離應大於由波束角、測量範圍計算出來的最低液位處的波束半徑；
（3）雷達的波束途徑應避開攪拌器等其它障礙物及容器。
但是，在實際的儲油罐中，液位計的安裝位置會受到儲油罐結構的限製，經常無法完全滿足上述安裝要求。例如，罐頂內部結構隻允許雷達液位計安裝在罐壁邊上，使得安裝條件（2）無法滿足；另外，為了將雷達液位計固定在罐頂，需要根據情況在雷達液位計上增加結構件，導致雷達的波束途徑不能完全避開結構件的影響等。當液位計的安裝要求不完全滿足時，罐壁、障礙物將會產生大量的幹擾性回波，使得液位測量結果中包含噪聲，測量結果不準確。尤其是，當儲油罐中油脂液位接近罐頂，即雷達液位計距離液麵很近時，這種幹擾性回波的影響更加明顯。
針對上述問題，本文利用數字信號處理技術，通過分析某個液位計一段時間的液位測量結果，來評估該液位計測量結果的置信度，即該液位計測量結果的可信程度。根據置信度估計值，能夠從大量儀器中篩選出測量不夠準確的液位計。一方麵，提醒維護人員有針對性的進行維修；另一方麵，後續的信號處理係統能夠對低置信度的測量結果進行濾波處理，濾除噪聲信號。本文使用相鄰測量點的液位變化速度特征對信號進行濾波。實驗表明，使用基於測量曲線平滑度的置信度估計和基於相鄰測量點液位變化速度的濾波器能夠有效鑒別並濾除液位測量結果中的噪聲信號，提高液位測量結果的準確度。
1 傳統導波雷達液位計液位測量係統