CN103175587A - 一种导波雷达液位计 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种导波雷达液位计，通过控制及信号处理模块产生两路脉冲信号，一路在发射信号及采样信号产生电路中转变为窄脉冲信号，并作为发射信号在信号收发模块中转换为发射脉冲信号通过同轴电缆及导波杆传输到被测液位液体表面产生回波信号；另一路在回波信号采样时间段对每个窄脉冲信号周期步进增长Δt，得到步进延时的采样信号，然后送入信号收发模块，在采样信号的控制下，对回波信号进行采样，由于采样信号与发射脉冲信号同频，但周期步进增长，并覆盖回波信号与发射信号之间的最大时间间隔，实现了等效采样对回波信号进行时间扩展，这样可用较低的采样频率实现较高的测量精度。

Description

一种导波雷达液位计

技术领域

本发明属于液位测量技术领域，更为具体地讲，涉及一种导波雷达液位计。

背景技术

液位的测量方式按照应用场合分类，可以分为连续测量和位式测量。这两者的区别就在于是否主要测量固定液位。连续测量方式可以实时测量整个量程范围内变动的液位信息。位式测量方式测量的则是固定的检测点。在工业应用中常采用更有效的连续测量方式来检测液位。常见的连续测量方式的液位计主要有连通式、压差式、浮筒式、伺服式、电容式、磁致伸缩式、超声波和雷达液位计等。

雷达液位计是利用电磁波信号来检测液位的一种仪器，由无线电检测与雷达测距技术发展而来的，其基本原理是：产生并发射高频电磁波，到达液面后经反射得到回波，通过测量发射波和回波之间的时间间隔T进行液位的估算。液面高度H与T的关系为：

$H=L-\frac{\mathrm{VT}}{2}---\left(1\right)$

其中V为电磁波的传播速度，认为其等于光速，L为导波杆的长度。可见，时间间隔T的精确测量对提高液位计的测量精度有重要意义。

雷达液位计不受被测液位液体介质密度、介质粘度、介质蒸气的影响，测量精度高，因而得到了广泛的应用。同时，电磁波的传播跟被测液位液体介质无关，可以在缺少或没有空气（真空）或具有液体的半汽化状态下传播，并且气液体的任何波动都不影响其传播速度，故可使用于有挥发、高温及高压的应用情况；传播损失比较小，不同大小的量程对成本因素的影响也不大；传播速度不受其他的影响，一般测量精度可达0.1％的量程。

导波雷达液位计是雷达液位计的一种，采用时域反射（TDR）原理进行测量，信号的传输介质是同轴电缆和导波杆。当同轴电缆的某一端接入发射脉冲信号时，发射脉冲信号会沿同轴电缆及导波杆进行传输。如果传输中导波杆没有与其他介质接触，对应的负载阻抗和同轴电缆的特征阻抗相等，发射脉冲信号会被吸收而没有回波信号产生；如果发生与其他介质的接触时，对应的负载阻抗就会发生变化，使之和特征阻抗不相等，则会产生回波信号。

定义一个反射系数为ρ，它是回波信号与发射脉冲信号的幅度的比值，用它来表示负载阻抗和特性阻抗的关系。

$\mathrm{\ρ}=\frac{Z_t-Z_c}{Z_t+Z_c}---\left(2\right)$

其中：Z_t表示任意一点的负载阻抗，Z_c表示特性阻抗。

因此，在各种情况下，负载阻抗和反射系数的不同如下所示：

1.当同轴电缆传输正常时，Z_t=Z_c，ρ=0，发射脉冲信号会被吸收，没有回波信号；

2.当同轴电缆传输断路时，Z_t→∞，ρ=1，会发生全反射，断路回波信号和发射脉冲信号具有一样的极性。

3.当同轴电缆传输短路即为与其他介质接触时，Z_t=0，ρ=-1，同样产生全反射，但是短路回波信号和发射脉冲信号具有相反的极性。

当发射脉冲信号在导波杆上传输时，如果碰上其他介质就会使该点的阻抗变化，从而反射系数也会发生变化，并产生回波信号。通过测量发射脉冲信号和回波脉冲的时间间隔T就能计算出发射电路到该被测液位液体接触点的距离。

在导波雷达液位计中，测距精度主要取决于发射脉冲信号和回波脉冲的时间间隔T测量的准确度，因此高精度时间间隔测量技术在导波雷达液位计中有重要意义。国内现有雷达液位计在时间间隔测量T方面技术普遍落后，直接影响了雷达液位计的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有雷达液位计因时间间隔测量技术落后而导致的测量精度不高的现状，提供一种导波雷达液位计，以有效地提高液位计的测量精度。

为实现以上目的，本发明导波雷达液位计，其特征在于，包括：

控制及信号处理模块，用于产生周期性的脉冲信号PWM1和PWM2，其中脉冲信号PWM1周期为t₁，脉冲信号PWM2周期为t₂；脉冲信号PWM2的每个周期的低电平段为回波信号采样时间段t_s，高电平段为时间间隔测量时间段t_c；

发射信号及采样信号产生电路，用于将周期性的脉冲信号PWM1转换为窄脉冲信号作为发射信号，同时，将转换得到的窄脉冲信号在回波信号采样时间段进行延迟，使每个窄脉冲信号周期步进增长Δt，得到采样信号，并满足：

$t_{r\max }<\frac{t_s}{t_1}\mathrm{\&Delta;t}<t_1,$ 且t_s>10t₁；

其中，t_rmax为回波信号与发射信号之间的最大时间间隔；

同轴电缆及导波杆；

信号收发模块，用于将发射信号上升沿处转换为发射脉冲信号，并沿同轴电缆及导波杆进行传输，当其与被测液位液体表面接触时，产生回波信号；

回波信号沿导波杆及同轴电缆返回信号收发模块，并在采样信号的控制下，对回波信号进行采样，采样的回波信号送入控制及信号处理模块，在时间间隔测量时间段t_c内进行处理，得到回波信号与发射信号之间的时间间隔t_r，根据该时间间隔t_r得到被测液体液位高度。

本发明的目的是这样实现的：

本发明导波雷达液位计，通过控制及信号处理模块产生两路脉冲信号，一路在发射信号即采样信号产生电路中转变为窄脉冲信号，并作为发射信号在信号收发模块中转换为发射脉冲信号通过同轴电缆及导波杆传输到被测液位液体表面产生回波信号；另一路在回波信号采样时间段对每个窄脉冲信号周期步进增长Δt，得到步进延时的采样信号，然后送入信号收发模块，在采样信号的控制下，对回波信号进行采样，由于采样信号与发射脉冲信号同频，但周期步进增长，并覆盖回波信号与发射信号之间的最大时间间隔，实现了等效采样对回波信号进行时间扩展，这样可用较低的采样频率实现较高的测量精度。

附图说明

图1是本发明导波雷达液位计一种具体实施方式原理框图；

图2是图1中计数器输出信号时序图；

图3是图1中锯齿波产生电路输出的周期性锯齿波信号；

图4是图1中带相位负反馈环的信号产生电路原理框图；

图5是周期步进增长的采样信号产生原理示意图；

图6是图1所示信号收发模块原理框图；

图7是图1所示信号收发模块电路图；

图8是放大比较电路输出时序图；

图9是图1所示导波雷达液位计工作波形图；

图10是量程800mm的误差分析图；

图11是量程1100mm的误差分析图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图1是本发明导波雷达液位计一种具体实施方式原理框图；

在本实施例中，如图1所示，本发明导波雷达液位计包括控制及信号处理模块1、发射信号及采样信号产生电路2、收发电路模块3、同轴电缆及导波杆4以及放大比较电路5。

控制及信号处理模块1包括CPU以及外围的通信模块、键盘和LCD显示屏，CPU用于产生周期性的脉冲信号PWM1和PWM2，其中脉冲信号PWM1为频率f₁，周期t₁的方波信号，脉冲信号PWM2频率为f₂，周期为t₂；脉冲信号PWM2的每个周期的低电平段为回波信号采样时间段t_s，高电平段为时间间隔测量时间段t_c，即占空比为30%。同时，CPU产生周期性的脉冲信号PWM3，其周期与脉冲信号PWM2相同，但其占空比为35%，用于在放大比较电路5中产生基准信号，基准信号时刻是发射脉冲信号传输到同轴电缆与导波杆连接处以及返回的放大比较电路5的时刻，接收放大比较电路5输出的基准信号和回波信号之间的时间间隔

时间间隔

即为发射脉冲信号在导波杆中传输的时间，然后依据以下公式即可得到被测液体液位高度H：

$H=L-\frac{{\mathrm{Vt}}_r^{\&prime;}}{2}---\left(1\right)$

其中V为电磁波的传播速度，认为其等于光速，L为导波杆的长度。

发射信号及采样信号产生电路2包括锯齿波产生电路21以及带相位负反馈环的信号产生电路22。

带相位负反馈环的信号产生电路22将周期性的脉冲信号PWM1转换为窄脉冲信号作为发射信号，同时，将转换得到的窄脉冲信号在脉冲信号PWM2的每个周期的低电平段为回波信号采样时间段t_s进行延迟，使每个窄脉冲信号周期步进增长Δt，得到采样信号，并满足：

$t_{r\max }<\frac{t_s}{t_1}\mathrm{\&Delta;t}<t_1,$ 且t_s>10t₁；

其中，t_rmax为回波信号与发射信号之间的最大时间间隔。

在本实施例中，锯齿波产生电路21产生一个在脉冲信号PWM2的每个周期的低电平段电压线性增加，在高电平段为低电压U_low的周期性锯齿波信号并输出给带相位负反馈环的信号产生电路22用于产生在脉冲信号PWM2的每个周期的低电平段，每个窄脉冲信号周期步进增长Δt的采样信号。

如图1所示，锯齿波产生电路21包括分频器、计数器、DAC及平滑电路。

将控制及信号处理模块1产生的周期性的脉冲信号PWM1输送给分频器，经过n分频后输入12位二进制纹波计数器，得到12路并行计数信号A0～A11，DAC及平滑电路将得到的12路并行计数信号A0～A11转换为模拟信号并进行平滑。脉冲信号PWM2控制计数器，使其只有在低电平的回波信号采样时间段t_s内计数，DAC及平滑电路输出的电压从低电压U_low线性上升；在脉冲信号PWM2为高电平的时间间隔测量时间段t_c内停止计数，DAC及平滑电路输出的电压为低电压U_low，从而得到在脉冲信号PWM2的每个周期的低电平段电压线性增加，在高电平段为低电压U_low的周期性锯齿波信号。

12位二进制纹波计数器的输出信号中A0～A6时序图如图2所示，因篇幅所限，A7～A11未画出。图2中，A0是PWM1经n分频后得到的信号，A1是A0经过2分频后产生的信号，A2是A0经过4分频后产生的信号，以此类推，A11是A0经过2¹¹分频后产生的信号。

锯齿波产生电路21输出的周期性锯齿波信号如图3所示，DAC及平滑电路在脉冲信号PWM2为低电平的时间段，输出电压线性上升，在脉冲信号PWM2为高电平的时间段，输出低电压U_low。

将锯齿波产生电路21输出的周期性锯齿波信号和脉冲信号PWM1信号输入后级的带相位负反馈环的信号产生电路22，经处理后产生U1和U2两个输出信号，其中U1用作发射信号，频率与脉冲信号PWM1相同，固定为f₁，U2是周期步进增长Δt的采样信号，用于对获得的回波信号进行采样。发射信号U1和采样信号U2周期步进增长Δt即相位差步进增长。通过采样信号U2对回波信号进行等效采样，进而实现了回波信号的展宽。

发射信号频率与脉冲信号PWM1相同，频率为f₁，周期为t₁，每个发射信号对应一个回波信号，则回波信号的周期也为t₁。为了将回波信号等效展宽，选取回波信号采样时间段为t_s，在该时间段内，总共接收到t_s/t₁个回波信号，因此需要t_s/t₁个采样信号对回波信号进行采样，将回波时间放大t_s/t₁倍，则当前采样信号相对于上一个采样信号的相位偏移为：Δt=(t₁×t_p)/t_s，其中t_p为需要进行采样的时间段。

带相位负反馈环的信号产生电路22原理框图如图4所示。

如图4所示，带相位负反馈环的信号产生电路22的功能为产生发射信号U1与相位差步进增长的采样信号U2。其输入信号为方波的脉冲信号PWM1及锯齿波产生电路21输出的周期性锯齿波信号。

发射信号U1是由脉冲信号PWM1在窄脉冲产生电路中转换成同频率的负极性的窄脉冲，然后经过另一非门反向后输出窄脉冲，再经过放大驱动电路放大后得到。在本实施例中，采用与非门的一个输入端接高电平即Vcc来构成非门。

相位差步进增长的采样信号U2产生的关键是斜波产生电路将负极性的窄脉冲转换为下降沿到来时，电压线性降低，上升沿到来时恢复为高电平的斜波信号。斜波信号再与锯齿波信号叠加，形成回波信号采样时间段t_s内电压线性增加，时间间隔测量时间段t_c为低电压U_low的带有斜波信号的锯齿波信号。

将此带有斜波信号的锯齿波信号送入另一非门，同时，低电压U_low等于另一非门的低电平门限电压；当其幅度低于另一非门的门限电压时，输出端由低电平变为高电平，获得窄脉冲信号周期步进增长Δt的采样信号。在本实施例中，采用另一与非门的一个输入端接高电平即Vcc来构成另一非门。

从图4中可知，相位比较器对放大前的发射信号和采样信号即两个与非门的输出进行相位比较，比较输出相位差U0给低通滤波器；当相位差U0非正常的增加时，低通滤波器输出的直流电平Uc增加，该直流电平Uc经过一反相放大器反向放大后，再通过另一反向放大器的负端与该反向放大器正端的锯齿波信号进行叠加，使另一与非门输入信号的幅值增加，其翻转时刻提前，导致非正常增加的相位得到修正。相位差非正常减小时的情况和其类似。

周期步进增长的采样信号产生原理如图5所示，带斜波的锯齿波信号的每个斜波电压逐步升高，从而低于低电平门限电压的时间步进增长，非门输出高电平的时刻步进增长Δt，得到周期步进增长Δt的采样信号。

发射信号和采样信号由放大驱动电路进行放大。放大驱动电路由射极跟随级和共射放大器构成，保证发射信号和采样信号有较大的电流驱动能力。为保证电路宽带快速，采用了工作频率f_t=12GHz的高频晶体管。

信号收发模块3用于将发射信号上升沿处转换为发射脉冲信号，并沿同轴电缆及导波杆进行传输，当其与被测液位液体表面接触时，产生回波信号。如图1所示信号收发模块3包括二极管平衡混频电路31、两个低通滤波器32以及一个差分放大器33。

如图6、7所示，二极管平衡混频电路31为包括匹配网络1、2、采样电路1、2、耦合电容C1以及匹配电阻构成。

匹配网络有发射信号输出端和回波信号输出端，发射信号分为两路分别输出到匹配网络1、2中，一路经过匹配网络1匹配后，通过发射信号输出端耦合到耦合电容C1将发射信号上升沿处转换为发射脉冲信号，并沿同轴电缆及导波杆4进行传输，当其与被测液位液体表面接触时，产生回波信号沿导波杆及同轴电缆返回匹配网络1，然后通过回波信号输出端输出到采样电路1中；另一路经过匹配网络2匹配后通过发射信号输出端输出到匹配电阻上，匹配网络2的输出端与采样电路2输入端连接；其中，匹配电阻的阻值和同轴电缆及导波杆的特征阻抗相同，保证匹配网络1、2回波信号输出端的完全匹配，这样发射信号通过匹配网络1、2回波信号输出端输出的信号完全相同，可以在差分放大器中，将其抵消，从而使差分放大器输出仅有回波信号。

采样电路1由二极管D1、电容C2、电阻R2组成，采样电路2由二极管D2、电容C2、电阻R2组成（电容C2、电阻R2为采样电路1、2共用），两个低通滤波器1、2的输入端分别通过正向的二极管D1、D2连接到电阻R2，然后连接到地；同时，两个低通滤波器1、2的输入端还分别通过正向二极管D1、D2连接到电容C2，然后连接到采样信号。采样信号上升沿到来时，通过电容C2使正向二极管D1、D2不再导通，回波信号通过低通滤波器1、电容输出到差分放大器正端，匹配网络2的输出端通过低通滤波器1、电容与差分放大器负端连接。

发射信号U1和采样信号U2为相位差步进增长的脉冲信号，采样信号U2对获得的回波信号进行采样控制，随着两信号相位差的逐渐扩大，完成对回波信号的扫描。

放大比较电路组成5的主要功能有两点，一是对采集到的回波信号进行处理，将其转换为单片机可以识别的边沿信号，二是通过脉冲信号PWM3产生用于时间间隔的基准信号。其时序关系图如图8所示。

如图8所示，在本实施例中，脉冲信号PWM3是频率为f₂、周期为t₂、占空比为35%的信号。脉冲信号PWM3经过放大比较电路后产生基准信号，它是计算时间间隔

即为发射脉冲信号在导波杆中传输的时间的基准信号。由TDR原理可知，发射脉冲信号在同轴电缆和导波杆连接处会出现顶部断路回波信号。通过调整同轴电缆的长度，使经时间扩展后顶部断路回波信号出现的时刻正好对应在脉冲信号PWM3下降沿的时刻。因此基准信号的时刻就是顶部断路回波信号的时刻。通过测量基准信号与回波信号之间的的时间间隔t

便可得到电磁波在导波杆上传输的距离，进而得出实时的液面高度值。

图9是图1所示导波雷达液位计工作波形图。

在每个脉冲信号PWM1信号的上升沿在发射信号及采样信号产生电路中产生一个发射信号和采样信号，发射信号在信号收发模块电路转换为发送脉冲信号输出到同轴电缆及导波杆；经过周期步进增长Δt的采样信号输出到收发模块电路对发射信号和回波信号进行等效采样，其中发射信号在差分放大器抵消，输出的仅为回波信号，经过时间间隔测量时间段t_c后完成一次回波信号的测量。

系统测试与数据分析

在常温下对不同高度的液位进行测量，最终得出一系列的数据。在测试中，每个量程共测了20组数据，使用的介质是水，由于篇幅有限，以下分别给出一组27个测试点测试得到的数据。

量程800mm实际测试测量数据如表1所示。

表1

由表1可以看到，在0～800mm的量程内，测量的最大误差为2mm，占量程的0.25%，量程以内的平均误差为0.82mm。表中第1，2次测量的是大于800mm的两个数据处于测量的上部盲区，误差比较大。由于我们的量程小于15m，因此测量结果证明可以达到绝对误差小于3mm的要求。误差分析如图10所示。回归方程为y=1.002x-0.6557，R²=1，为线性。

量程1100mm实际测试测量数据如表2所示。

表2

由表2可以看到，在0～1100mm的量程内，最大误差为2.5mm，占量程的0.22%，量程以内的平均误差为1.18mm。由于这个量程也小于15mm，因此也达到绝对误差小于3mm的要求。误差分析如图11所示。回归方程为y=0.9997x-0.4066，R²=1，为线性。

对比表1的第4次测量和表2的第8次测量，同样的读数，重复性为1.5mm，也达到了小于3mm的要求。

在实际测试过程中，如果快速改变液位的高度，这个时候液位计能够稳定的显示，具有很好的稳定性。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种导波雷达液位计，其特征在于，包括：

控制及信号处理模块，用于产生周期性的脉冲信号PWM1和PWM2，其中脉冲信号PWM1周期为t₁，脉冲信号PWM2周期为t₂；脉冲信号PWM2的每个周期的低电平段为回波信号采样时间段t_s，高电平段为时间间隔测量时间段t_c；

发射信号及采样信号产生电路，用于将周期性的脉冲信号PWM1转换为窄脉冲信号作为发射信号，同时，将转换得到的窄脉冲信号在回波信号采样时间段进行延迟，使每个窄脉冲信号周期步进增长Δt，得到采样信号，并满足：

$t_{r\max }<\frac{t_s}{t_1}\mathrm{\&Delta;t}<t_1,$ 且t_s>10t₁；

其中，t_rmax为回波信号与发射信号之间的最大时间间隔；

同轴电缆及导波杆；

信号收发模块，用于将发射信号上升沿处转换为发射脉冲信号，并沿同轴电缆及导波杆进行传输，当其与被测液位液体表面接触时，产生回波信号；

回波信号沿导波杆及同轴电缆返回信号收发模块，并在采样信号的控制下，对回波信号进行采样，采样的回波信号送入控制及信号处理模块，在时间间隔测量时间段t_c内进行处理，得到回波信号与发射信号之间的时间间隔t_r，根据该时间间隔t_r得到被测液体液位高度。

2.根据权利要求1所述的导波雷达液位计，其特征在于，所述的发射信号及采样信号产生电路包括锯齿波产生电路以及带相位负反馈环的信号产生电路；

所述发射信号是脉冲信号PWM1在带相位负反馈环的信号产生电路中，由窄脉冲产生电路中转换成同频率的负极性的窄脉冲，然后经过另一非门反向后输出窄脉冲，再经过放大驱动电路放大后得到；

锯齿波产生电路产生一个在脉冲信号PWM2的每个周期的低电平段电压线性增加，在高电平段为低电压U_low的周期性锯齿波信号并输出给带相位负反馈环的信号产生电路；

在带相位负反馈环的信号产生电路中，由斜波产生电路将负极性的窄脉冲转换为下降沿到来时，电压线性降低，上升沿到来时恢复为高电平的斜波信号；斜波信号再与锯齿波信号叠加，形成回波信号采样时间段t_s内电压线性增加，时间间隔测量时间段t_c为低电压U_low的带有斜波信号的锯齿波信号；

将此带有斜波信号的锯齿波信号送入带相位负反馈环的信号产生电路中另一非门，同时，低电压U_low等于另一非门的低电平门限电压；当其幅度低于另一非门的门限电压时，输出端由低电平变为高电平，获得窄脉冲信号周期步进增长Δt的采样信号；

在带相位负反馈环的信号产生电路中，相位比较器对放大前的发射信号和采样信号即两个与非门的输出进行相位比较，比较输出相位差给低通滤波器；当相位差非正常的增加时，低通滤波器输出的直流电平增加，该直流电平经过一反相放大器反向放大后，再通过另一反向放大器的负端与该反向放大器正端的锯齿波信号进行叠加，使另一与非门输入信号的幅值增加，其翻转时刻提前，导致非正常增加的相位得到修正；相位差非正常减小时的情况过程相反。

3.根据权利要求2所述的导波雷达液位计，其特征在于，所述的锯齿波产生电路包括分频器、计数器、DAC及平滑电路；

将控制及信号处理模块产生的周期性的脉冲信号PWM1输送给分频器，经过n分频后输入12位二进制纹波计数器，得到12路并行计数信号A0～A11，DAC及平滑电路将得到的12路并行计数信号A0～A11转换为模拟信号并进行平滑；其中，A0是PWM1经n分频后得到的信号，A1是A0经过2分频后产生的信号，A2是A0经过4分频后产生的信号，以此类推，A11是A0经过2¹¹分频后产生的信号；其中，分频数n根据具体电路确定。

脉冲信号PWM2控制计数器，使其只有在低电平的回波信号采样时间段t_s内计数，DAC及平滑电路输出的电压从低电压U_low线性上升；在脉冲信号PWM2为高电平的时间间隔测量时间段t_c内停止计数，DAC及平滑电路输出的电压为低电压U_low，从而得到在脉冲信号PWM2的每个周期的低电平段电压线性增加，在高电平段为低电压U_low的周期性锯齿波信号；

锯齿波产生电路21中的DAC及平滑电路输出的周期性锯齿波信号在脉冲信号PWM2为低电平的时间段，输出电压线性上升，在脉冲信号PWM2为高电平的时间段，输出低电压U_low。

4.根据权利要求1所述的导波雷达液位计，其特征在于，所述的信号收发模块包括二极管平衡混频电路、两个低通滤波器以及一个差分放大器；二极管平衡混频电路又包括匹配网络1、2、采样电路1、2、耦合电容C1以及匹配电阻构成；

匹配网络有发射信号输出端和回波信号输出端，发射信号分为两路分别输出到匹配网络1、2中，一路经过匹配网络1匹配后，通过发射信号输出端耦合到耦合电容C1将发射信号上升沿处转换为发射脉冲信号，并沿同轴电缆及导波杆进行传输，当其与被测液位液体表面接触时，产生回波信号沿导波杆及同轴电缆返回匹配网络1，然后通过回波信号输出端输出到采样电路1中；另一路经过匹配网络2匹配后通过发射信号输出端输出到匹配电阻上，匹配网络2的输出端与采样电路2输入端连接；其中，匹配电阻的阻值和同轴电缆及导波杆的特征阻抗相同，保证匹配网络1、2回波信号输出端的完全匹配，这样发射信号通过匹配网络1、2回波信号输出端输出的信号完全相同，可以在差分放大器中，将其抵消，从而使差分放大器输出仅有回波信号；

采样电路1由二极管D1、电容C2、电阻R2组成，采样电路2由二极管D2、电容C2、电阻R2组成，两个低通滤波器1、2的输入端分别通过正向的二极管D1、D2连接到电阻R2，然后连接到地；同时，两个低通滤波器1、2的输入端还分别通过正向二极管D1、D2连接到电容C2，然后连接到采样信号。采样信号上升沿到来时，通过电容C2使正向二极管D1、D2不再导通，回波信号通过低通滤波器1、电容输出到差分放大器正端，匹配网络2的输出端通过低通滤波器1、电容与差分放大器负端连接。

5.根据权利要求1所述的导波雷达液位计，其特征在于，还包括一放大比较电路组成5，用于对采集到的回波信号进行处理，将其转换为控制及信号处理模块可以识别的边沿信号，同时通过脉冲信号PWM3产生用于时间间隔

的基准信号；其中脉冲信号PWM3由控制及信号处理模块产生，脉冲信号PWM3是频率为f₂、周期为t₂、占空比为35%的信号；

脉冲信号PWM3经过放大比较电路后产生基准信号，它是计算时间间隔

即为发射脉冲信号在导波杆中传输的时间的基准信号；通过调整同轴电缆的长度，使经时间扩展后顶部断路回波信号出现的时刻正好对应在脉冲信号PWM3下降沿的时刻；基准信号的时刻就是顶部断路回波信号的时刻；

通过测量基准信号与回波信号之间的的时间间隔

便可得到电磁波在导波杆上传输的距离，进而得出实时的液面高度值。

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