在市政排水系统中，合流制泵站承担着雨水与污水混合输送的关键职能，但其特殊的工况环境给液位监测带来了严峻挑战。雷达液位计因非接触式测量、抗干扰能力较强等优势，成为合流制泵站液位监测的主流设备。然而，雨水与污水混合过程中会产生大量气泡和浮渣，这些介质会反射雷达波，导致雷达液位计出现虚假液位，严重影响泵站泵组启停控制、管网调度及防汛预警的准确性。本文将聚焦这一核心问题，深入探讨优化信号算法与采用导流罩探头两种解决方案的技术原理、应用效果及实践要点。

一、合流制泵站气泡与浮渣引发虚假液位的核心成因

要解决雷达液位计的虚假液位问题，首先需明确合流制泵站中气泡与浮渣的产生机制及对雷达波的干扰原理。合流制泵站接收的雨水多来自城市地表径流，雨季时雨水冲刷路面会携带大量空气进入管网，与污水混合后，在水流冲击、搅拌作用下形成直径从几毫米到几厘米不等的气泡；同时，污水中的有机物、油脂等成分在厌氧环境下会分解产生甲烷、硫化氢等气体，进一步增加气泡含量。此外，污水中的悬浮固体、纤维杂质、油脂等会在液面聚集，形成厚度不均的浮渣层，浮渣层内部常包裹细小气泡，形成 “气 - 固 - 液” 三相混合的复杂界面。

雷达液位计的测量原理是通过发射雷达波，接收液面反射的回波信号来计算液位高度。当雷达波遇到气泡或浮渣时，部分雷达波会被这些介质反射回来，形成 “虚假回波”。常规雷达液位计的信号处理系统难以区分真实液面回波与气泡、浮渣的虚假回波，误将虚假回波判定为真实液面信号，从而显示虚假液位。例如，当泵站内气泡密集时，雷达波可能在气泡层多次反射，导致测量值比实际液位偏高 0.3 - 1.0m；而浮渣层若厚度不稳定，随水流波动，会使雷达液位计数据频繁跳变，如实际液位稳定在 2.0m，测量值可能在 1.5 - 2.5m 间无规律波动，严重扰乱泵站的运行控制逻辑。

二、优化信号过滤算法：从软件层面剔除虚假回波

针对气泡与浮渣产生的虚假回波，优化雷达液位计的信号过滤算法是从软件层面解决虚假液位问题的关键手段。目前，行业内已形成多种成熟的算法优化方案，通过对回波信号的特征分析、动态跟踪与智能筛选，有效提升真实液面回波的识别精度。

（一）多维度回波特征分析算法

常规雷达液位计仅通过回波强度判断液面位置，而优化后的多维度回波特征分析算法，会同时提取回波的强度、宽度、斜率及稳定性等多个特征参数，构建 “回波特征模型”，区分真实液面与干扰介质的回波差异。真实液面的回波通常具有强度高、宽度窄、斜率陡峭且信号稳定的特点；而气泡的回波强度较弱、分布分散，浮渣的回波强度中等但宽度较宽、信号稳定性差。例如，某品牌雷达液位计采用的 “三维回波分析算法”，会对连续 10 个测量周期的回波数据进行采样，计算每个回波的强度均值、波动系数及宽度参数，若某一回波的强度均值低于设定阈值（如真实液面回波强度的 60%）、波动系数大于 0.2，或宽度超过真实液面回波宽度的 2 倍，则判定为虚假回波并予以剔除。

在合流制泵站的实际应用中，该算法需根据气泡与浮渣的具体特性进行参数校准。例如，针对雨季气泡含量高的情况，可适当降低回波强度阈值的判定标准，避免因气泡回波强度接近阈值而误判；针对旱季浮渣层较厚的情况，可增加回波稳定性的判定权重，过滤浮渣波动产生的虚假信号。某城市合流制泵站的应用案例显示，采用多维度回波特征分析算法后，雷达液位计的虚假液位报警次数从每月 20 - 30 次降至 2 - 3 次，测量误差控制在 ±0.05m 以内，满足泵站运行需求。

（二）动态阈值与自适应跟踪算法

合流制泵站的气泡与浮渣含量并非恒定不变，雨季与旱季、高峰流量与平峰流量的工况差异较大，固定阈值的信号过滤算法难以适应动态变化的工况。动态阈值与自适应跟踪算法通过实时分析液位变化趋势与回波信号特征，自动调整判定阈值与过滤参数，实现对虚假回波的动态剔除。

动态阈值算法的核心是根据历史测量数据与实时液位变化率，设定动态的回波强度阈值。例如，当液位处于稳定上升阶段时，雷达波遇到真实液面的概率较高，可适当降低阈值以避免遗漏真实回波；当液位突然下降或波动剧烈时，气泡与浮渣干扰加剧，需提高阈值以严格过滤虚假回波。自适应跟踪算法则通过建立 “真实液面回波模板”，持续跟踪真实液面的回波特征变化，当出现新的回波信号时，与模板进行对比，若相似度低于 70%，则判定为虚假回波。例如，某型号雷达液位计的 “自适应回波跟踪系统”，会每 5 分钟更新一次真实液面回波模板，结合液位变化速度（如上升速度＞0.1m/min 时判定为流量高峰）调整模板的匹配精度，在合流制泵站流量骤增的雨季，仍能保持 95% 以上的真实液面识别率。

（三）空标学习与干扰抑制算法

空标学习算法是在雷达液位计安装调试阶段，通过 “空标校准” 记录泵站内无液体时的背景干扰信号（如管道支架、池壁反射的固定回波），并在后续测量中自动屏蔽这些固定干扰；针对气泡与浮渣这类动态干扰，干扰抑制算法会通过 “回波聚类分析”，将连续多个测量周期的回波信号分为 “真实液面聚类” 与 “干扰聚类”，剔除干扰聚类对应的回波。

在合流制泵站的实践中，空标学习需在泵站排空状态下进行，雷达液位计会扫描整个测量量程内的背景回波，生成 “干扰信号地图”，后续测量时，若回波位置与 “干扰信号地图” 中的固定干扰位置重合，则直接过滤。例如，某泵站的池壁支架在量程 1.2m 处会产生固定回波，空标学习后，雷达液位计会自动忽略该位置的回波信号，避免误判为浮渣层。干扰抑制算法则通过统计分析回波的出现频率与持续时间，气泡与浮渣的回波通常持续时间短（＜10 个测量周期）、出现频率随机，而真实液面回波持续稳定，算法据此将短时间、随机出现的回波判定为干扰并剔除。某试点泵站应用该算法后，雷达液位计在浮渣层厚度变化 0.5m 的情况下，仍能准确跟踪真实液面，测量偏差小于 ±0.03m。

三、改进探头结构：导流罩探头的设计与应用

除软件算法优化外，从硬件层面改进雷达液位计的探头结构，加装导流罩是解决合流制泵站气泡、浮渣干扰的有效手段。导流罩通过改变液面流动状态、隔离浮渣与气泡，为雷达波提供稳定的测量环境，从源头减少虚假回波的产生。

（一）导流罩探头的结构设计原理

导流罩通常采用高强度、耐腐蚀的材质制作，如 316L 不锈钢、增强型聚四氟乙烯（PTFE），其结构设计需满足 “导流、防浮渣、透波” 三大核心要求。从外形来看，导流罩多为圆柱形或圆锥形，底部开口、顶部与雷达液位计探头密封连接，内部形成一个相对封闭的 “测量腔”。当泵站内的混合液进入导流罩后，水流速度减缓，气泡会在浮力作用下上升至导流罩顶部的排气孔排出，浮渣则因无法进入导流罩内部（或被导流罩外侧的防浮渣挡板阻挡），无法干扰雷达波的传播路径；同时，导流罩的材质需具备良好的雷达波穿透性，确保雷达波能顺利穿过导流罩到达真实液面，并反射回探头。

不同工况的合流制泵站，导流罩的结构参数需针对性调整。例如，针对气泡含量高的泵站，导流罩顶部的排气孔数量需增加（如直径 100mm 的导流罩设置 4 - 6 个直径 8 - 10mm 的排气孔），且排气孔需倾斜向下设计，避免浮渣进入；针对浮渣量大的泵站，导流罩外侧需加装环形防浮渣挡板，挡板高度应高于常见浮渣层厚度（通常 0.2 - 0.3m），且挡板与导流罩之间留有 5 - 10mm 的间隙，便于液体流通但阻止浮渣进入；针对水流冲击剧烈的泵站，导流罩底部需设置导流斜口，引导水流平稳进入测量腔，减少水流扰动对液面的影响。

（二）导流罩探头的安装与适配要点

导流罩探头的安装质量直接影响其抗干扰效果，需结合合流制泵站的池体结构、水流方向及雷达液位计的安装位置综合规划。首先，导流罩的安装高度需合理，底部应低于泵站最低工作液位 0.1 - 0.2m，顶部需高于最高工作液位 0.3 - 0.5m，确保测量腔内始终充满液体，避免空气进入形成虚假回波；其次，导流罩需与水流方向平行安装，若水流方向与导流罩轴线夹角过大（＞30°），会导致水流冲击导流罩内壁，产生涡流与气泡，因此需在安装前通过水流模拟或现场观测确定水流方向，必要时在导流罩外侧设置导流板，引导水流平稳进入；此外，导流罩与雷达液位计探头的密封需严密，采用耐腐蚀的 O 型密封圈（如氟橡胶材质），防止液体渗入探头内部损坏设备。

在适配不同类型的雷达液位计时，导流罩的透波性能需与雷达波频率匹配。目前，合流制泵站常用的雷达液位计频率为 26GHz 和 80GHz，26GHz 雷达波的穿透性较强，可适配厚度 5 - 10mm 的 316L 不锈钢导流罩；80GHz 雷达波的波长较短，对材质厚度更敏感，需采用厚度 3 - 5mm 的增强型 PTFE 导流罩，避免雷达波衰减过大。某泵站在使用 80GHz 雷达液位计时，初期采用 8mm 厚的不锈钢导流罩，导致雷达波信号强度衰减 40%，更换为 4mm 厚的 PTFE 导流罩后，信号强度恢复至正常水平，虚假液位问题得到有效解决。

（三）导流罩探头的应用效果与维护

在合流制泵站的实际应用中，导流罩探头能显著减少气泡与浮渣的干扰，提升雷达液位计的测量稳定性。某城市合流制泵站的对比测试显示，未安装导流罩时，雷达液位计的虚假液位发生率为 25%（即每 100 次测量中有 25 次出现虚假数据），安装导流罩后，虚假液位发生率降至 3% 以下，测量数据的波动幅度从 ±0.5m 缩小至 ±0.05m。同时，导流罩还能保护雷达液位计探头免受浮渣磨损与腐蚀，延长探头使用寿命，该泵站未装导流罩时，探头平均每 1.5 年需更换一次，安装导流罩后，探头使用寿命延长至 3 年以上。

不过，导流罩探头在长期使用中需做好维护工作，避免因堵塞或损坏影响效果。合流制泵站的污水中含有大量泥沙与悬浮物，若导流罩底部开口被堵塞，会导致测量腔内的液体无法与外部循环，出现 “死水”，影响液位测量的实时性。因此，需定期（如每季度）对导流罩进行检查与清洗，可通过高压水枪冲洗导流罩内侧与外侧，清除附着的泥沙与浮渣；若发现导流罩出现裂缝或排气孔堵塞，需及时更换或疏通，确保其导流与排气功能正常。此外，在冬季寒冷地区，需对导流罩采取保温措施，避免测量腔内的液体结冰，影响雷达波传播，可采用伴热电缆缠绕导流罩外侧，伴热温度控制在 5 - 10℃，防止结冰同时避免温度过高影响测量精度。

四、综合解决方案与未来发展趋势

在合流制泵站的实际应用中，单一的信号算法优化或导流罩探头改进，虽能在一定程度上解决虚假液位问题，但面对复杂多变的工况（如暴雨天气气泡与浮渣同时大量产生），需将两者结合形成综合解决方案，才能实现最佳的抗干扰效果。例如，某大型合流制泵站采用 “动态阈值算法 + PTFE 导流罩” 的组合方案，在雨季高峰流量时，导流罩先过滤大部分浮渣与气泡，动态阈值算法再对剩余的少量虚假回波进行识别与剔除，使雷达液位计的测量准确率达到 99% 以上，完全满足泵站泵组自动控制的需求。

未来，随着物联网与人工智能技术的发展，雷达液位计的抗干扰技术将向 “智能化、自适应” 方向发展。一方面，通过引入机器学习算法，雷达液位计可根据长期积累的合流制泵站工况数据（如不同季节、不同流量下的气泡与浮渣特征），自动优化信号过滤参数，实现 “工况自适应”；另一方面，结合多传感器融合技术，将雷达液位计与超声波液位计、压力式液位计联动，通过多设备数据对比与校验，进一步降低虚假液位的误判率。例如，当雷达液位计检测到液位骤升时，若超声波液位计的测量数据无明显变化，系统可判定雷达液位计出现虚假液位，并自动切换至超声波液位计的数据，确保监测的连续性与准确性。

此外，在环保要求日益严格的背景下，合流制泵站的液位监测不仅需满足控制需求，还需与水质监测数据联动，实现 “液位 - 水质” 协同监测。未来的雷达液位计可能会集成更多功能，如通过分析雷达波的衰减程度，间接判断液体中的悬浮物浓度，为合流制泵站的污染防控提供更全面的数据支撑。同时，设备的轻量化与低功耗设计也将成为趋势，便于在老旧合流制泵站的改造中安装与维护，降低工程成本。

综上所述，合流制泵站中气泡与浮渣导致的雷达液位计虚假液位问题，可通过优化信号过滤算法与改进探头结构（如导流罩）得到有效解决。在实际应用中，需结合泵站的具体工况选择合适的解决方案，并注重设备的安装与维护，才能充分发挥雷达液位计的监测优势，保障合流制泵站的稳定运行与市政排水系统的安全高效。