T/CHES 45-2020 雷达水位计

ICS07.060

N93

体

团标准

T/CHES45-2020

雷达水位计

Radarstagerecorder

2020-12-16发布2021-02-01实施

中国水利学会发布

目〉欠

前言................................................................................IV

引言.................................................................................v

1范围..............................................................................1

2规范性引用文件....................................................................1

3术语和定义、符号、代号、缩略语....................................................1

3.1术语和定义....................................................................1

3.2符号、代号、缩略语............................................................3

4一般规定..........................................................................3

5工作原理、分类和组成..............................................................3

5.1工作原理......................................................................4

5.2分类..........................................................................4

5.3组成..........................................................................4

6基本参数..........................................................................5

7技术要求..........................................................................6

7.1外观..........................................................................6

7.2工作环境条件..................................................................6

7.3测量特性......................................................................6

7.4显示与记录....................................................................7

7.5响应时间......................................................................7

7.6电气性能......................................................................8

7.7发射中心频率..................................................................8

7.8盐雾..........................................................................8

7.9外壳防护等级..................................................................8

7.10抗干扰.......................................................................8

7.11机械环境适应性...............................................................8

8数据采集与传输要求................................................................8

8.1Modbus-RTU通讯协议............................................................9

8.2报文传输规约.................................................................12

9试验方法.........................................................................13

9.1试验要求.....................................................................13

9.2主要试验设备.................................................................13

9.3试验方法的内容...............................................................13

10检验规则........................................................................17

II

10.1出厂检验....................................................................17

10.2型式检验....................................................................17

11标志和使用说明书................................................................17

11.1标志........................................................................17

11.2使用说明书..................................................................18

12包装、运输、贮存．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．四

12.1包装........................................................................18

12.2运输........................................................................18

12.3贮存．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．四

川安装调试、运行维护．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．四

13.1安装调试....................................................................19

13.2运行维护....................................................................20

14考核与验收......................................................................20

14.1考核........................................................................20

14.2验收........................................................................20

附录A（资料性）Modbus-RTU通讯协议示例..........................................21

附录B（资料性）雷达水位计报文传输规约示例.......................................22

附录C（资料性）雷达水位计典型安装示例...........................................30

参考文献............................................................................31

III

目IJ~

根据中国水利学会团体标准制修订计划安排，本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1

部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

本文件的发布机构对于专利的范围、有效性和验证资料不提出任何看法。专利持有人应向本文件的

发布机构保证，他愿意同任何申请人在合理和非歧视的条款和条件下，就使用授权许可证进行谈判。自

本文件发布实施之日起，专利持有人未在本文件发布机构进行专利许可备案的，因使用本文件而发生专

利侵权的，本文件发布机构不应承担任何责任。

本文件由中国水利学会提出并归口。

本文件起草单位：河海大学、珠江水利委员会珠江水利科学研究院、水利部科技推广中心、南京全

水信息科技有限公司、曲靖市阿岗水库工程建设管理局、深圳市宏电技术股份有限公司、广东省水利水

电科学研究院、成都万江港利科技股份有限公司、北京精波仪表有限公司、水利部淮河水利委员会水利

科学研究院、深圳市华儒科技有限公司、水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心、黄河

水利委员会河南水文水资源局、河南水清水利技术咨询有限公司、江苏南水水务科技有限公司。

本文件主要起草人：高玉琴、黄建明、杨跃、委瑜、袁明道、朱鸿飞、谢文、丁胜、陈琳、黄作继、

陈淑云、徐海峰、张曦明、李刚、李建平、牛睿平、黄显峰、李聂贵、王涛、张旭辉、季国安、储华平、

田月红、施克鑫、章薛栋、潘选明、范光伟、李玉梅、刘德军、张龙平、田勇、陈伟昌、徐云乾、丁霞、

陈佳慧、刘饿、王春林、刘云苹、冯春燕、赵晨程、杜承霖、李辉、袭劲松、张亚、庞红、孔刚、霍航、

彭安帮、周昕。

IV

5I

本文件遵循开放、透明、公平的编制原则，增加水利标准的有效供给，促进水利技术创新，增强水

位测量技术能力，满足市场发展和创新需求。

本文件的编制旨在规范雷达水位计产品市场秩序，有序引导产品市场的健康发展，保障产品质量，

促进和推广产品技术发展。在编制时，采用“产品技术内容为主，必要的运维管理为辅”的技术路线，

既体现了当前雷达水位计产品技术的发展现状和应用水平，又满足了市场供需双方需求。

v

雷达水位计

1范围

本文件规定了雷达水位计的结构组成、基本参数、技术要求、数据采集与传输、试验方法、检验规

则以及安装、运行维护、考核与验收等。

本文件提供了雷达水位计科研、设计、生产、检测和使用等各方面文件的编制指南。

本文件适用于江、河、湖泊、水库、明渠、环保污水、储水池（罐）等水位监测使用的雷达水位计。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T4208-2017外壳防护等级(IP代码）

GB/T9359水文仪器基本环境试验条件及方法

GB/T13384机电产品包装通用技术条件

GB/T15966水文仪器基本参数及通用技术条件

GB/T17626.5-2019电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验

GB/T17626.8-2006电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验

GB/T19704水文仪器显示与记录

GB/T50095水文基本术语和符号标准

GB/T50138水位观测标准

JJF1001-2011通用计量术语及定义

SL/T180水文自动测报系统设备遥测终端机

SL/T415-2019水文基础设施及技术装备管理规范

SL651水文监测数据通信规约

3术语和定义、符号、代号、缩略语

3.1术语和定义

GB/T50095、JJF1001-2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1.1

雷达水位计radarstagerecorder

一种利用雷达测距原理测量水位的仪器。

3.1.2

一体化雷达水位计integratedradarstagerecorder

具有数据采集与传输等自动测报功能的雷达水位计。

3.1.3

脉冲式雷达水位计pulseradarstagerecorder

通过发射电磁脉冲并计算发射波与回波的时差得到水位计与被测水面之间的距离，从而测量水位的

雷达水位计。

3.1.4

调频连续波式雷达水位计frequencymodulatedcontinuouswaveradarstagerecorder

在扫频周期内发射频率变化的连续电磁波，通过计算差频信号的频率得到水位计与被测水面的距

离，从而测量水位的雷达水位计。

3.1.5

最大允许测量误差maximumpermissiblemeasurementerrors

简称最大允许误差（maximumpermissibleerrors），又称误差限（Iimitoferror)

对给定的测量、测量仪器或测量系统，由规范或规程所允许的，相对于己知参考量值的测量误差的

极限值。

注1：通常，术语“最大允许误差”或“误差限”是用在有两个极端值的场合。

注2：不应该用术语“容差”表示“最大允许误差”。

［来源：JJF1001-2011,7.27]

3.1.6

实验标准偏差experimentalstandarddeviation

对同一被测量进行n次测量，表征测量结果分散性的量。用符号s表示。

注hn次测量中某单个测得值xk的实验标准偏差巾k）可按贝赛尔公式(1）计算：

巾k)=.(1)

式中：

xi一一第i次测量的测得值：

n一一测量次数：

x一－n次测量所得一组测得值的算术平均值。

注2:n次测量的算术平均值二的实验标准偏差s（~）见公式（2):

2

s（~）＝巾k)!,J;;(2)

［来源：J]F1001-2011,5.17]

3.2符号、代号、缩略语

GB/T50095界定的以及表1中符号、代号和缩略i吾适用于本文件。

表1符号、代号和缩略语说明

序号符号、代号和缩略语说明

FS满量程，Full-scale的缩写。

Modbus协议是一种己广泛应用于当今工业控制领域的通用通讯协议。通过此协议，

2Modbus

控制器相互之间、或控制器经由网络（如以太网）可以和其它设备之间进行通信。

MODBUS协议的一种形式，串行连接，是一种紧凑的、采用二进制表示数据的方式，

3MODBUSRTU

采用循环冗余校验的校验和。

4RS485平衡输入输出电路接口标准

5RS232C异步数据传输不平衡方式串行接口

6RTU远程终端单元CRemoteTerminalUnit,RTU)

4一般规定

4.1雷达水位计的固定装置应满足下列要求：

a)固定雷达水位计的装置应有足够的机械强度和抗震措施，不应由使用环境的变化导致雷达水位

计及安装部件产生损坏、震动、失效、松脱等现象：

b)雷达水位计在工作时，不应受其固定装置的影响而产生测量不稳定等现象。

4.2雷达水位计应具有处理干扰等信号的能力。

4.3雷达水位计应具有野外环境适应能力强、便于现场安装和维护、检测／校准操作方便、安全可靠等

使用要求，其平均无故障时间MTBF应不小于25000h。

4.4雷达水位计应具有时变增益功能，使远处目标信号的回波信号增益提高，有效保障大量程信号微

弱时的测量稳定性。

4.5雷达水位计应具有较强的包容性：

a)能适用水位测量的各类自动化、智能化监控系统；

b)应具备RS-485、RS-232C中的任一种或多种通用数字信号输出接口：采用模拟量输出时，宜

选用4mA~20mA输出：

c)应具有和数据采集与传输自动化设备连接通讯的性能。雷达水位计的水位测量数据由传感器传

输到遥测终端机，应遵循MODBUS协议：配备有遥测终机或一体化雷达水位计的水位测量数据，

由遥测终端机传输到数据采集与传输中心，应遵循SL651或水资源监测数据传输规约。

4.6雷达水位计应具有秒级测量响应时间、数据获取高效、安装维护快捷方便的功能。

4.7雷达水位计应具有姿态测试功能。

4.8雷达水位计应具有零点刻度。

4.9雷达水位计进行现场水位观测作业时，水位观测应满足GB/T50138的要求。

5工作原理、分类和组成

3

5.1工作原理

雷达水位计采用发射一反射一接收的工作模式，通过天线发射电磁波至水面，电磁波经水面反射后，

由天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到水面的距离成正比，通过多次测量和计算，获取水位测量

数据。工作原理示意简图见图1。

~雷达水位t十探测平面

自己’U辆吉

电磁波

测量值

（笠主i\dJ)

水面

图1雷达水位计工作原理示意图

5.2分类

5.2.1工作原理

按雷达水位计的工作原理划分，主要可分为脉冲式雷达水位计和调频连续波式雷达水位计两大类。

5.2.2天线外形结构

按雷达水位计天线外形结构可分为喇叭式和平板式。

5.3组成

雷达水位计的组成主要包括：雷达信号产生单元、雷达信号发射接收单元、信号采集处理单元、电

源管理单元、外部接口单元。脉冲式雷达水位计的典型组成示意图见图2，调频连续波式雷达水位计的

典型组织示意图见图3。

4

图2脉冲式雷达水位计组成示意图

图3调频连续波式雷达水位计组成示意图

6基本参数

雷达水位计的基本参数选用应满足表2的规定。

5

表2雷达水位计基本参数

量程Im波束角／。发射中，L.＇频率／GHz发射功率／dBm

三三3:s;sζ10

10三三1424,26,60,77,120三二25

30三三14三二25

二三70:s;s24,26三三25

7技术要求

7.1外观

雷达水位计产品表面应无裂痕、划痕、缺损等缺陷，各部分连接应牢固，紧固件应无松动、缺损。

外观各类标识应清晰完整。

7.2工作环境条件

选择使用雷达水位计时，应充分考虑雷达水位计工作区域的气候环境。雷达水位计工作环境适应性

应符合表3的规定。

注1：雷达水位计在高寒地区（如东北、西北等地）使用时，其低温环境适应性应达到40℃的要求。

注2：雷达水位计在酷热地区（如南方、西部等地）使用时，其高温环境适应性应达到70℃的要求。

表3雷达水位计工作环境适应性

环境类别环境条件单位参数值

低温℃-10

温度

室高温℃45

内%93

相对湿度

。C40

气候环境

低温。C-25

温度

室高温℃55

外%95

相对湿度

。C40（凝露）

也度：35°C土2℃：

盐溶液浓度4%～6%（质量百分比）：

化学环境盐雾

盐溶液pH值（雾化前）：6.5~7.2。

盐溶液雾化时间不少于16h。

淋水符合GB/T4208-2017表3防护等级为7的规定。

防护环境

砂（粉）尘符合GB/T4208-2017第5章防护等级为6的规定。

7.3测量特性

7.3.1最大允许误差

6

雷达水位计的最大允许误差应符合表4的规定。应根据水位变幅、涨落率等测量的不同要求，选用

适宜量程的雷达水位计。

表4雷达水位计最大允许误差

序号量程Im测量误差

三三3-3mm~3mm

21010mm~lOmm

33020mm~20mm

4二三70-0.1%FS~0.1%FS

7.3.2分辨力

雷达水位计的分辨力应符合表5的规定，应根据雷达水位计的量程选用。

表5水位计的分辨力

序号量程Im分辨力／mm

:::::;3ζ0.5

210三三1.0

330三三1.0

4二三70:::::;10

7.3.3盲区

雷达水位计的盲区应符合表6的规定，应根据雷达水位计的量程选用。

表6盲区

序号量程Im盲区

三三3三三15cm

210三三30cm

330:s;socm

4二三70三三1%FS

7.3.4重复性

雷达水位计的重复性以实验标准偏差表示，应小于其规定最大允许误差的0.5倍。实验标准偏差按

3.1.6中公式(1）计算，其中n二三6。

7.4显示与记录

雷达水位计显示与记录装置的要求应符合GB/T19704的规定。

7.5晌应时间

雷达水位计启动响应至稳定输出正确结果的时间应不大于3s。