Jak vybrat a používat radar pro snímání v náročných prostředích

Venkovní a průmyslové aplikace i další náročná prostředí představují podmínky, které mohou rušit technologie dálkového snímání, například ultrazvukové senzory. Nepříznivé počasí, prach, nečistoty a složitá snímací prostředí jsou jen některé z problémů, které mohou ovlivnit standardní senzory.

Radarové senzory jsou schopné tyto problémy vyřešit pomocí detekce pohyblivých a stacionárních cílů v různých okolních podmínkách. Tento článek popisuje scénáře, kdy je radar schopen překonat alternativní možnosti. Zabývá se několika typy radarových senzorů od společnosti Banner Engineering, jejich aplikacemi a konstrukčními kritérii, která je třeba zohlednit při výběru senzoru.

Proč používat radarové senzory?

Radar je odolný vůči dešti, prachu a dalším běžným vzduchem přenášeným látkám, pracuje stejně dobře ve světlých i neosvětlených prostorách a není ovlivněn výkyvy teplot ani větrem. Dokáže detekovat povrchy se širokou škálou povrchových úprav, geometrií a barev, jakož i pronikat nevodivými materiály, což radarovým senzorům dovoluje nahlížet do nádob.

Radar, který lze používat na poměrně dlouhé vzdálenosti, je dále odolný proti přeslechům, což mu dává výhody v aplikacích s krátkým dosahem, kde jsou senzory umístěny v těsné blízkosti.

Funkční princip radaru

Funkce radaru je založena na odrazu elektromagnetických vln od cílových objektů a stanovení vzdálenosti na základě doby návratu signálu. Radarové senzory využívají dvě hlavní technologie: frekvenčně modulovaný kontinuální radar (FMCW) a pulzní koherentní radar (PCR).

Radar FMCW emituje konstantní tok rádiových vln umožňující nepřerušované sledování pohyblivých a stacionárních objektů. PCR senzory vysílají rádiové vlny v impulzech, obvykle pomocí vysílačů s nízkým výkonem. Senzory PCR jsou díky tomu vhodnější pro aplikace s krátkým dosahem.

Dosah a citlivost na materiál jsou také silně ovlivněny provozní frekvencí. Nižší frekvence jsou lepší pro detekci na dlouhé vzdálenosti a dobře fungují s materiály, které mají vysoké dielektrické konstanty, například kovy a voda. Vyšší frekvence nabízejí vyšší přesnost a jsou vhodnější pro detekci menších objektů a širší škály materiálů.

Stopy svazků a snímací zóny

Radarové senzory lze optimalizovat tak, aby se zaměřovaly na konkrétní oblasti zájmu a sledovaly jeden nebo více objektů. Klíčové parametry zahrnují stopu svazku, snímací zóny a mrtvé zóny.

Radarové senzory vysílají rádiové vlny ve specifické stopě svazku definované horizontálními a vertikálními úhly. Úzké stopy svazku nabízejí přesnou detekci a delší dosah, zatímco široké stopy pokrývají větší oblasti a lépe detekují nepravidelně tvarované objekty.

Mnoho radarových senzorů umožňuje v rámci své stopy svazku konfiguraci více snímacích zón. Tato funkce umožňuje složitější detekční scénáře, například nastavení různých parametrů pro blízké a vzdálené zóny v aplikacích na prevenci kolizí.

Mrtvou zónou nazýváme oblast bezprostředně před senzorem, kde je detekce nespolehlivá. Vysokofrekvenční snímače obecně vykazují kratší mrtvé zóny.

Stanovení optimálního radarového senzoru: začínáme od základů

Při výběru radarového senzoru je třeba zvážit mnoho faktorů. Kromě základních provozních parametrů mají radarové senzory různé funkce ovlivňující jejich cenu, životnost a jednoduchost použití. Na obrázku 1 je znázorněn vývojový diagram ukazující využití některých těchto rozhodovacích kritérií na příkladu radarových senzorů od společnosti Banner Engineering.

Obrázek 1: vývojový diagram postupu výběru radarového senzoru. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Praktickým výchozím bodem jsou radarové senzory řady Q90R od společnosti Banner Engineering. Tyto FMCW senzory pracují na frekvenci 60 GHz, aby vyvážily rozsah, přesnost a schopnosti detekce materiálu. Používají snímací dosah 0,15 m až 20 m, mrtvou zónu 150 mm a dvě konfigurovatelné snímací zóny.

Příkladem využití těchto senzorů je detekce příjezdu kamionů na nakládací rampu. Poměrně široká stopa svazku 40° x 40° zde usnadňuje nalezení montážního místa, ze kterého je rampa stále na dohled.

Tyto funkce využívá senzor Q90R2-12040-6KDQ (obrázek 2) pracující s širokým, konfigurovatelným zorným polem (120? x 40?) a schopností sledovat dva cíle, což mu dovoluje řešit složitější scénáře snímání.

Obrázek 2: radarový senzor Q90R2-12040-6KDQ FMCW pracuje na frekvenci 60 GHz, je schopen sledovat dva cíle a má široké, konfigurovatelné zorné pole. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Výběr radaru pro aplikace s úzkým paprskem

V některých aplikacích musí být radar schopen rozpoznat malý cíl. V takových případech je dobrou volbou senzor řady T30R (obrázek 3). Senzory používají stopu svazku 15° x 15° nebo 45° x 45°, pracovní frekvenci 122 GHz, dosah snímání 25 m, mrtvou zónu 100 mm a dvě konfigurovatelné snímací zóny.

Díky úzké stopě svazku a vysoké pracovní frekvenci poskytuje tato řada snímačů přesnou detekci ve specifických oblastech. Lze je například využívat ke sledování hladiny v úzkých nádobách.

Obrázek 3: senzory řady T30R pracují na frekvenci 122 GHz, používají paprsek 15° x 15° a nabízejí přesnou detekci. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Verze T30RW dodávaná s krytím IP69K je vhodná pro vysokotlaká čisticí zařízení s vysokou teplotou, například mycí linky pro automobily. Tato verze používá snímací dosah 15 m a stopu svazku 15° x 15°.

Výběr radarového senzoru pro vizuální zpětnou vazbu

Zatímco radarové senzory se obvykle integrují do větších automatizačních systémů, může být praktické používat přehledový stavový indikátor. Například vizuální displej na nabíjecí stanici pro elektromobily (EV) může pomáhat řidičům správně zaparkovat vozidla.

Vestavěné LED diody radarových senzorů řady K50R hrají u takovýchto aplikací zásadní roli.

Za zmínku stojí zejména modely řady Pro, například K50RPF-8060-LDQ (obrázek 4), který nabízí barevný a snadno čitelný displej.

Obrázek 4: senzory řady K50RPF-8060-LDQ jsou osazeny LED diodami pro vizuální zpětnou vazbu. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Hlavní technické parametry řady K50R zahrnují provozní frekvenci 60 GHz, snímací dosah 5 m, mrtvou zónu 50 mm, dvě konfigurovatelné snímací zóny a stopu svazku 80° x 60° nebo 40° x 30°.

Výběr radarového senzoru s dlouhým dosahem

Pro aplikace vyžadující snímání na delší vzdálenosti je obvykle nejlepší volbou radar pracující na frekvenci 24 GHz. Tato zařízení s nižší frekvencí, například řada QT50R, nabízejí snímací dosah 25 m, který je cenný pro aplikace typu prevence kolizí u mobilních zařízení. Tato řada používá také jednu nebo dvě konfigurovatelné snímací zóny a stopu svazku 90° x 76°. Jeho mrtvá zóna měří 400 mm, resp. 1000 mm pro pohyblivé, resp. stacionární objekty.

Pozoruhodnou vlastností snímače QT50R je jeho schopnost konfigurace pomocí DIP přepínačů. Toto řešení umožňuje jednoduché nastavení v místě provozu. Některé aplikace však vyžadují složitější konfigurace.

Například senzor Q130R (obrázek 5) je určen pro aplikace vyžadující složité detekční schopnosti a pokročilé možnosti konfigurace. Tento senzor pracuje na frekvenci 24 GHz s dosahem 40 m, používá stopu svazku 90° x 76° nebo 24° x 50°, mrtvou zónu 1000 mm a poskytuje přesnou detekci pohyblivých a stacionárních objektů.

Obrázek 5: radarový senzor Q130, který je navržen pro aplikace vyžadující složité detekční schopnosti, poskytuje přesnou detekci pohyblivých a stacionárních objektů. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Stojí za zmínku, že senzor Q130R využívá počítačové grafické uživatelské rozhraní (GUI) pro komplexní nastavení a jemné doladění. Lze jej například využívat pro polohovou zpětnou vazbu v rušném kolejišti. V této aplikaci lze senzor nakonfigurovat tak, aby ignoroval vlaky zaparkované v pozadí na jedné koleji a zároveň rozpoznával ostatní vlaky, když projíždějí vepředu.

Závěr

Radarové senzory nabízejí jedinečnou schopnost provozu v široké škále venkovních a náročných prostředí. Pro dosažení maximalizace výhod radarové technologie má zásadní význam analýza aplikačních požadavků a výběr snímače, který kromě jiných technických parametrů nabízí správnou pracovní frekvencí a stopu svazku. Dobře zvolený radar nabízí řešení mnoha náročných aplikací dálkového snímání.