Sådan vælger og anvender du radar til registrering i barske miljøer

Udendørs og industrielle anvendelser og andre barske miljøer byder på forhold, der kan forstyrre fjernmålingsteknologier som f.eks. ultralydssensorer. Dårligt vejr, støv og snavs og komplekse sensormiljøer er nogle af de problemer, der kan påvirke standardsensorer.

Radarsensorer kan løse disse udfordringer ved at opdage bevægelige og stationære mål under forskellige omgivelsesforhold. Denne artikel gennemgår de scenarier, hvor radar kan udkonkurrere alternative muligheder. Den gennemgår flere typer radarsensorer fra Banner Engineering, deres anvendelsesmuligheder og designovervejelser, som man skal huske, når man vælger en sensor.

Hvorfor bruge radarsensorer?

Radar er robust over for regn, støv og andre almindelige luftbårne stoffer, fungerer lige godt i oplyste og uoplyste rum og er upåvirket af temperaturvariationer og vind. Den kan registrere overflader med en bred vifte af finish, geometrier og farver og også trænge igennem ikke-ledende materialer, så radarsensorer kan kigge ind i containere.

Derudover kan radar bruges over relativt lange afstande, samtidig med at den er modstandsdygtig over for krydstale, hvilket giver den fordele til kortdistanceapplikationer, hvor sensorer er tæt på hinanden.

Sådan fungerer radaren

Radar fungerer ved at sende elektromagnetiske bølger tilbage til målobjekter og bestemme afstanden ud fra den tid, det tager for et signal at vende tilbage. Radarsensorer bruger to hovedteknologier: frekvensmoduleret kontinuerlig bølge (FMCW) og pulserende kohærent radar (PCR).

FMCW-radar udsender en konstant strøm af radiobølger, hvilket giver mulighed for uafbrudt overvågning af bevægelige og stationære objekter. PCR-sensorer sender radiobølger i impulser, typisk ved hjælp af sendere med lav effekt. Det gør PCR-sensorer bedre egnet til applikationer med kort rækkevidde.

Rækkevidde og materialefølsomhed er også stærkt påvirket af driftsfrekvensen. Lavere frekvenser er bedre til langdistancesporing og fungerer godt med materialer, der har høje dielektricitetskonstanter, som f.eks. metaller og vand. Højere frekvenser giver større nøjagtighed og er bedre egnet til at registrere mindre genstande og en bredere vifte af materialer.

Strålemønstre og sensoriske zoner

Radarsensorer kan optimeres til at fokusere på specifikke interesseområder og spore et eller flere objekter. Nøgleparametrene omfatter strålemønster, sensorzoner og døde zoner.

Radarsensorer udsender radiobølger i et bestemt mønster, defineret af vandrette og lodrette vinkler. Smalle strålemønstre giver præcis registrering og længere rækkevidde, mens brede strålemønstre dækker større områder og er bedre til at registrere uregelmæssigt formede objekter.

Mange radarsensorer gør det muligt at konfigurere flere sensorzoner inden for deres strålemønster. Denne funktion muliggør mere komplekse detektionsscenarier, som f.eks. at indstille forskellige parametre for nær- og fjernzoner i applikationer til undgåelse af kollisioner.

Den døde zone er området umiddelbart foran sensoren, hvor registreringen er upålidelig. Højfrekvente sensorer har generelt kortere døde zoner.

Identificering af den optimale radarsensor: start med det grundlæggende

Der er mange faktorer at tage hensyn til, når man skal vælge en radarsensor. Ud over de grundlæggende driftsparametre har radarsensorer forskellige funktioner, der påvirker deres omkostninger, holdbarhed og brugervenlighed. Figur 1 viser et flowdiagram, der illustrerer nogle af disse beslutningspunkter ved hjælp af radarsensorer fra Banner Engineering som eksempler.

Figur 1: Her ses et flowchart, der illustrerer processen med at vælge en radarsensor. (Billedkilde: Banner Engineering)

Q90R-serien fra Banner Engineering er et godt udgangspunkt. Disse FMCW-sensorer arbejder ved 60 gigahertz (GHz) for at skabe balance mellem rækkevidde, nøjagtighed og materialedetektering. De har en rækkevidde på 0,15 meter (m) til 20 m, en dødzone på 150 millimeter (mm) og to konfigurerbare sensorzoner.

Et eksempel på anvendelse af disse sensorer er at registrere, når lastbiler ankommer til en læsserampe. Her gør det relativt brede strålemønster på 40° x 40° det lettere at finde et monteringssted, hvor man kan se docken.

Q90R2-12040-6KDQ (figur 2) bygger videre på disse muligheder med et bredt, konfigurerbart synsfelt (120? x 40?) og evnen til at spore to mål, så de kan tackle mere komplekse sensorscenarier.

Figur 2: Q90R2-12040-6KDQ FMCW-radarsensoren arbejder ved 60 GHz, kan spore to mål og har et bredt, konfigurerbart synsfelt. (Billedkilde: Banner Engineering)

Valg af radar til applikationer med smal stråle

I nogle applikationer skal radaren udpege et lille mål. Her er en sensor fra T30R-serien (figur 3) et godt valg. Sensorerne har et strålemønster på 15° x 15° eller 45° x 45°, en driftsfrekvens på 122 GHz, en sensorrækkevidde på 25 m, en dødzone på 100 mm og to konfigurerbare sensorzoner.

Med sit smalle strålemønster og høje driftsfrekvens giver denne sensorfamilie præcis detektion i specifikke områder. De kan f.eks. bruges til at overvåge niveauet i smalle beholdere.

Figur 3: T30R-serien arbejder ved 122 GHz, har en stråle på 15° x 15° og giver præcis detektion. (Billedkilde: Banner Engineering)

T30RW-versionen leveres i et IP69K-hus, der er velegnet til højtryks- og højtemperaturvaskemiljøer som f.eks. bilvask. Den har en rækkevidde på 15 m og et strålemønster på 15° x 15°.

Valg af radarsensor til visuel feedback

Selv om radarsensorer typisk integreres i større automatiseringssystemer, kan det være nyttigt at have en hurtig statusindikator. Ved en ladestation til elbiler kan et visuelt display f.eks. hjælpe bilisterne med at placere deres køretøjer korrekt.

Til opgaver som disse spiller de indbyggede LED'er i K50R-serien en værdifuld rolle.

Særligt bemærkelsesværdige er Pro-modellerne, som K50RPF-8060-LDQ (figur 4), der har et farverigt display, som er let at fortolke.

Figur 4: K50RPF-8060-LDQ har LED'er til visuel feedback. (Billedkilde: Banner Engineering)

Nøglespecifikationerne for K50R-serien omfatter en driftsfrekvens på 60 GHz, en sensorrækkevidde på 5 m, en dødzone på 50 mm, to konfigurerbare sensorzoner og strålemønstre på 80° x 60° eller 40° x 30°.

Valg af en langtrækkende radarsensor

Til anvendelser, der kræver måling over længere afstande, er radar på 24 GHz ofte det bedste valg. Disse lavfrekvente enheder, som f.eks. QT50R-serien, har en rækkevidde på 25 m, hvilket er værdifuldt til f.eks. at undgå kollisioner med mobilt udstyr. Serien har også en eller to konfigurerbare sensorzoner og et strålemønster på 90° x 76°. Dens døde zone måler 400 mm for objekter i bevægelse og 1000 mm for stationære objekter.

En bemærkelsesværdig funktion ved QT50R er dens evne til at blive konfigureret via DIP-switche. Dette muliggør en enkel opsætning i marken. Nogle anvendelser kræver dog mere sofistikerede konfigurationer.

For eksempel er Q130R-sensoren (figur 5) designet til applikationer, der kræver sofistikerede detektionsfunktioner og avancerede konfigurationsmuligheder. Den arbejder ved 24 GHz, har en rækkevidde på 40 m, et strålemønster på 90° x 76° eller 24° x 50°, en dødzone på 1000 mm og giver nøjagtig registrering af bevægelige og stationære objekter.

Figur 5: Q130R-radarsensoren er designet til applikationer, der kræver sofistikerede detektionsfunktioner og giver nøjagtig detektion af bevægelige og stationære objekter. (Billedkilde: Banner Engineering)

Q130R anvender en pc-baseret grafisk brugergrænseflade (GUI) til kompleks opsætning og finjustering. Den kan f.eks. bruges til positioneringsfeedback på en travl banegård. I denne applikation kan sensoren konfigureres til at ignorere tog, der er parkeret i baggrunden på et spor, mens den genkender andre tog, når de passerer foran.

Konklusion

Radarsensorer er enestående i stand til at fungere i en lang række udendørs og barske miljøer. For at maksimere fordelene ved radarteknologi er det vigtigt at analysere applikationskravene og vælge en sensor med den rigtige driftsfrekvens og strålemønster, blandt andre specifikationer. Med en velvalgt radar kan man løse mange udfordrende opgaver inden for fjernmåling.