Slik velges og brukes radar for deteksjon i tøffe miljøer

Utendørs og industrielle installasjoner og andre robuste miljøer presenterer forhold som kan forstyrre teknologier for fjerndetektering, slik som ultralydsensorer. Dårlig vær, støv og rusk og komplekse sensormiljøer er noen av problemene som kan påvirke standardsensorer.

Radarsensorer kan håndtere disse utfordringene og detektere bevegelige og stasjonære mål under ulike omgivelsesforhold. Denne artikkelen gjennomgår scenariene der radar kan utkonkurrere alternative metoder. Den undersøker flere typer radarsensorer fra Banner Engineering, bruksområdene deres og konstruksjonsfaktorer å huske på når sensorer skal velges.

Derfor bruker vi radarsensorer

Radar er robust i møte med regn, støv og andre vanlige luftbårne materier, den fungerer like godt i opplyste som uopplyste rom og den er upåvirket av temperaturvariasjoner og vind. Den kan detektere overflater med et bredt spekter av utførelser, geometrier og farger, og også trenge inn i ikke-ledende materialer, noe som gjør det mulig for radarsensorer å se inn i beholdere.

I tillegg kan radar brukes over relativt lange avstander, samtidig som den er motstandsdyktig mot krysstale, noe som gir den fordeler i kortdistanseutrustninger der sensorer er plassert i nærheten.

Slik fungerer radar

Radar fungerer ved å sprette elektromagnetiske bølger mot målobjekter og fastsette avstanden basert på tiden det tar for et signal å returnere. Radarsensorer bruker to hovedteknologier: Frekvensmodulert kontinuerlig bølge (FMCW – frequency-modulated continuous wave) og pulserende koherent radar (PCR – pulsed coherent radar).

FMCW-radar sender ut en konstant strøm av radiobølger, noe som muliggjør uavbrutt overvåking av bevegelige og stasjonære objekter. PCR-sensorer sender radiobølger i pulser, vanligvis ved å bruke sendere med lav effekt. Dette gjør PCR-sensorer bedre egnet for kortdistanseutrustninger.

Rekkevidde og materialfølsomhet påvirkes også sterkt av driftsfrekvensen. Lavere frekvenser er bedre for deteksjon over lange avstander og fungerer godt med materialer som har høye dielektriske konstanter, slik som metaller og vann. Høyere frekvenser gir høyere nøyaktighet og er bedre egnet for å detektere mindre gjenstander og et bredere utvalg av materialer.

Strålemønstre og sensorsoner

Radarsensorer kan optimaliseres for å fokusere på bestemte interesseområder og spore ett eller flere objekter. Viktige parametere omfatter strålemønster, deteksjonssoner og dødsoner.

Radarsensorer sender ut radiobølger i et bestemt mønster, definert av horisontale og vertikale vinkler. Smale strålemønstre gir presis deteksjon og lengre rekkevidde, mens brede strålemønstre dekker større områder og har bedre detektering av ujevnt formede objekter.

Mange radarsensorer muliggjør konfigurering av flere sensorsoner innenfor strålemønsteret deres. Denne funksjonen muliggjør mer komplekse deteksjonsscenarier, for eksempel å angi forskjellige parametere for nær- og fjernsoner i utrustninger for kollisjonsunngåelse.

Dødsonen er området rett foran sensoren hvor deteksjon er upålitelig. Høyfrekvente sensorer har vanligvis kortere dødsoner.

Identifikasjon av den optimale radarsensoren: Start med det grunnleggende

Det er mange faktorer å ta hensyn til når en radarsensor skal velges. I tillegg til de grunnleggende driftsparametrene, har radarsensorer ulike funksjoner som påvirker kostnadene, holdbarheten og brukervennligheten. Figur 1 viser et flytskjema som illustrerer noen av disse beslutningspunktene ved å bruke radarsensorer fra Banner Engineering som eksempler.

Figur 1: Her vises et flytskjema som illustrerer prosessen med å velge en radarsensor. (Bildekilde: Banner Engineering)

Q90R-serien fra Banner Engineering er et nyttig utgangspunkt. Disse FMCW-sensorene virker ved 60 gigahertz (GHz) for å balansere rekkevidde, nøyaktighet og materialdeteksjonsegenskaper. De har en sensorrekkevidde på 0,15 til 20 meter (m) , en dødsone på 150 millimeter (mm) og to konfigurerbare deteksjonssoner.

Et eksempelbrukstilfelle for disse sensorene er å detektere når lastebiler ankommer en lasterampe. Her vil det relativt brede strålemønsteret på 40° x 40° gjøre det enklere å finne et monteringssted som holder rampen synlig.

Q90R2-12040-6KDQ (figur 2) bygger på disse egenskapene med et bredt, konfigurerbart synsfelt (120? x 40?) og muligheten til å spore to mål, slik at de kan takle mer komplekse deteksjonsscenarier.

Figur 2: Q90R2-12040-6KDQ FMCW-radarsensoren virker ved 60 GHz, kan spore to mål og har et bredt, konfigurerbart synsfelt (FoV – field of view). (Bildekilde: Banner Engineering)

Velge radar for utrustninger med smal stråle

I noen utrustninger må radaren plukke ut et lite mål. Her er en sensor fra T30R-serien (figur 3) et godt valg. Sensorene har et strålemønster på 15° x 15° eller 45° x 45°, en driftsfrekvens på 122 GHz, en deteksjonsrekkevidde på 25 m, en dødsone på 100 mm og to konfigurerbare deteksjonssoner.

Med det smale strålemønsteret og den høye driftsfrekvensen, tilbyr denne sensorfamilien nøyaktig deteksjon i bestemte områder. De kan for eksempel brukes til å overvåke nivåer i smale beholdere.

Figur 3: T30R-serien virker ved 122 GHz, har en stråle på 15° x 15° og gir nøyaktig deteksjon. (Bildekilde: Banner Engineering)

T30RW-versjonen kommer i et IP69K-hus som er egnet for nedvaskingsmiljøer med høyt trykk og høye temperaturer, for eksempel bilvaskesystemer. Den har en sensorrekkevidde på 15 m og et strålemønster på 15° x 15°.

Velge en radarsensor for visuell feedback

Selv om radarsensorer vanligvis integreres i større automatiseringssystemer, kan det være nyttig å ha en lettleselig statusindikator. På en ladestasjon for elektriske kjøretøy (EV – electric vehicle) kan for eksempel et visuelt display hjelpe førere med å posisjonere kjøretøyene sine riktig.

For slike bruksområder spiller de integrerte lysdiodene i K50R-serien en verdifull rolle.

Spesielt bemerkelsesverdig er Pro-modellene, for eksempel K50RPF-8060-LDQ (figur 4), som har en fargerik skjerm som er enkel å tolke informasjon på.

Figur 4: K50RPF-8060-LDQ inkorporerer lysdioder for å gi visuell feedback. (Bildekilde: Banner Engineering)

Viktige spesifikasjoner for K50R-serien omfatter en driftsfrekvens på 60 GHz, en sensorrekkevidde på 5 m, en dødsone på 50 mm, to konfigurerbare deteksjonssoner og strålemønstre på 80° x 60° eller 40° x 30°.

Velge en radarsensor med lang rekkevidde

For utrustninger som krever deteksjon over lengre avstander, er radar som virker ved 24 GHz ofte det beste valget. Disse lavfrekvente enhetene, for eksempel QT50R-serien, har en sensorrekkevidde på 25 m, noe som er verdifullt for bruksområder som kollisjonsunngåelse for mobilt utstyr. Serien har også en eller to konfigurerbare deteksjonssoner og et strålemønster på 90° x 76°. Dødsonen måler 400 mm for bevegelige objekter og 1000 mm for stasjonære objekter.

Et bemerkelsesverdig trekk ved QT50R er at den kan konfigureres via DIP-brytere. Dette muliggjør enkelt oppsett ute i felten. Noen utrustninger krever imidlertid mer sofistikerte konfigurasjoner.

For eksempel er Q130R-sensoren (figur 5) utviklet for utrustninger som krever sofistikerte deteksjonsfunksjoner og avanserte konfigurasjonsalternativer. Den virker ved 24 GHz, har en rekkevidde på 40 m, et strålemønster på 90° x 76° eller 24° x 50°, en dødsone på 1000 mm og gir nøyaktig deteksjon av bevegelige og stasjonære objekter.

Figur 5: Radarsensoren Q130R er utviklet for utrustninger som krever avanserte deteksjonsfunksjoner og gir nøyaktig deteksjon av bevegelige og stasjonære objekter. (Bildekilde: Banner Engineering)

Spesielt bruker Q130R et PC-basert grafisk brukergrensesnitt (GUI) for kompleks konfigurasjon og finjustering. Den kan for eksempel brukes for å posisjonere tilbakemeldinger på en travel jernbanegård. I dette bruksområdet kan sensoren konfigureres til å ignorere tog som er parkert i bakgrunnen på ett spor og samtidig gjenkjenne andre tog når de passerer foran.

Konklusjon

Radarsensorer er unikt i stand til å fungere i et bredt spekter av utendørsmiljøer og tøffe miljøer. For å maksimere fordelene forbundet med radarteknologi, er det viktig å analysere utrustningskravene og velge en sensor med riktig driftsfrekvens og strålemønster, i tillegg til andre spesifikasjoner. Med en velvalgt radar kan mange utfordrende fjerndetekteringsutrustninger håndteres.