雷达与激光物位传感器：波束宽度与粉尘的权衡

激光和雷达仪表均可非接触测距，具体型号可采用脉冲或其他实现方式。光学仪表可提供较小的目标光斑；当光学路径条件困难时，雷达可能有用。应比较实际波束图、表面、气氛、工艺额定条件及诊断能力，不能假定所有激光都遇尘失效，或所有雷达都报告第一个返回信号。

用数字说明几何关系

应使用所选仪表公布的全波束角或发散角。对于简单的圆锥包络，在距离 d 处的光斑或波束直径约为 2d tan(theta/2)。以下假定角度用于说明几何关系，并非所有激光或雷达天线的规格。

假定全波束角	10 m 处的直径	30 m 处的直径	60 m 处的直径
0.1 度	17 mm	52 mm	105 mm
4 度	0.70 m	2.10 m	4.19 m
10 度	1.75 m	5.25 m	10.50 m

较小的光斑或波束有助于将目标与邻近结构分开。应按各障碍物所在距离检查开口、仪表位置及所有障碍物。仅计算光斑或波束尺寸，不能证明接管内路径畅通，也不能证明雷达无法找到可用路径。

较小光斑可能适用于料仓内部构件周围或狭窄测量区域。反射性、表面角度、粉尘及实际安装仍需验证。

需要评估的光学路径条件

粉尘、雾、沉积物及冷凝会衰减光路或产生竞争性返回信号。性能取决于光学厚度、波长、检测器及处理方式，因此不存在遇到第一团粉尘就必然失效的通用规律。

条件	光学测量审查要点	雷达审查要点
进料过程中的粉尘	实际衰减及竞争性返回信号	天线、粉尘、沉积物及跟踪
雾或冷凝	路径及窗口状态	蒸气、天线液膜及目标证据
透明或高反射液体	表面检测与罐底或结构返回信号的区分	实际表面反射及干扰
泡沫或结壳	所需测量界面	所需测量界面
环境光	公布的限制及经测试的几何配置	不依赖照明，但仍需合适信号
沉积物或损坏	窗口状态及获准维护方式	天线／密封状态及获准维护方式

其中两项尤其值得关注，因为它们的表现可能与直觉不同。

透明液体。某些光学配置可能接收下方界面或罐底返回信号，而专用激光物位仪表能够测量透明液体表面。应确认所选型号及目标。当液位等于参考高度减去距离时，错误偏大的距离通常会换算成偏低液位，并不会必然显示满罐。

粉尘。应在实际进料条件下测试，不能只在两次进料之间测试。吹扫可保持窗口清洁，但不能自动消除整个容器内的传播衰减。还应比较适用的雷达设计，包括 80 GHz 散料仪表。

哪些情况下激光更适合

尽管存在粉尘问题，激光仍有明确且不断扩大的应用空间，尤其是能够绘制整个料仓表面而非仅测一点的3 维扫描头。

内部构件复杂的大料仓。应比较小光斑光路与可用雷达天线波束图及可能的安装位置；不能仅因罐高就排除任何一种原理。
表面剖面测量。适用的扫描系统可以估算表面地图和体积，但受可见性、覆盖范围、几何条件和验证约束。仅有表面图不能保证库存精度。
小开口下的长距离测量。检查实际光学量程、目标反射性、对准和孔径；不能依据技术名称推定保证量程。
表面坡度较大的固体。返回信号取决于粗糙度、反射性、入射角及仪表。应验证相关进料和出料表面，不能假定所有粗糙斜面都可测量。
发射及光学安全。核查实际安装适用的法规和批准条件。光学仪表还有激光安全要求，并可能涉及危险区域要求。

哪些情况下雷达更适合

当光路可靠性不足，且雷达自身信号和工艺要求得到满足时，雷达可作为合适替代方案。

粉尘、水蒸气和其他蒸气。评估实际气氛及型号。不存在通用的 26 GHz 合格而 80 GHz 不合格规则。
液体。适用的雷达和光学型号都能测量特定液体表面。应分别评估实际反射和虚假目标风险。
露天安装。两种系统均需审查雨、冰、沉积物、日照、检修通道及安装。天线形状并不意味着雷达能自动自清洁。
冷凝气氛。验证获准的窗口或天线配置是否仍可用；任何加热或吹扫都必须与工艺及额定条件相容。
危险区域。取得具体光学或雷达组件的证书及适用条件。不要假定某个产品系列具备全部所需批准。

比较项目	两种仪表均需提供的证据
量程与精度	所选型号、目标及参考条件
波束与净空	公布的波束图及容器图纸
工艺气氛	覆盖所需最不利条件的试验
清洁	获准方法及实际观察到的周期
安全与批准	实际激光等级、Ex 范围及当地要求
成本	当前符合要求的安装范围

应检查完整仪表的激光等级和说明，包括维护条件及任何光学辅助器具。1 类描述的是规定的可接触发射条件，并不代表在所有可想象的使用或改装情况下都安全。应根据实际等级落实现场所需风险控制。

逆向反射问题

光学仪表可能遇到来自光亮表面、结构或下方界面的竞争性返回信号。选择逻辑和可用诊断取决于型号，并非总是只报告第一个或最强的返回信号。

雷达也可能跟踪错误反射体。应比较拟用型号的实际诊断和抑制能力，并在任何变更后验证目标。任何抑制设置都不能替代有效测量路径。

成本及其交叉点

应比较满足相同任务的仪表当前报价，包含检修通道、安装固定、清洁、测试及所需文件。通用的光学与雷达价格比不能作为可靠预算。

全生命周期比较应采用现场粉尘和维护证据。不要假设吹扫能使不透光路径变得可测，也不要假设任一技术有固定清洁频率。

常见问题

问题1. 激光物位传感器能穿过粉尘测量吗？

某些粉尘条件可测，其他条件会衰减或扰乱光学信号。应在进料期间验证具体型号。适用雷达，包括 80 GHz 型号，同样需要评估粉尘和沉积物。

问题2. 激光会在透明液体罐中选中罐底返回信号吗？

不适用的配置可能如此，而某些激光型号专为透明液体表面检测设计。罐底返回信号给出更长距离，通常导致计算液位偏低；应核查实际输出映射和选定目标。

问题3. 激光物位传感器对眼睛安全吗？

应依据实际等级及制造商说明，包括维护和光学辅助器具限制。不能只根据量程推定安全性或所需控制措施。

问题4. 激光和雷达哪种更准确？

应比较所选型号规格及安装后的参考不确定度。雷达覆盖区域的结果不一定是区域内全部表面的简单平均值，小光斑本身也不能证明绝对精度更好。

问题5. 激光能测水泥料仓物位吗？

如果可见性、沉积物及表面返回信号保持可接受，适用型号可能有效。应在进料和出料过程中测试，并比较适当替代方案；频率本身不能决定结果。

问题6. 激光能在真空中工作吗？

光学和雷达传播都不需要气体介质。但完整工艺组件仍必须具备适用真空及其他运行条件的额定能力，并需评估窗口或目标的任何影响。

雷达与激光物位传感器：波束宽度与粉尘的权衡