Hur man väljer och använder radar för avkänning i krävande miljöer

Tillämpningar utomhus och inom industri och andra tuffa miljöer innebär förhållanden som kan påverka fjärravkänningstekniker som t.ex. ultraljudssensorer. Ostadigt väder, damm och skräp samt komplexa avkänningsmiljöer är några problem som kan påverka vanliga sensorer.

Radarsensorer kan hantera dessa utmaningar genom att upptäcka rörliga och stillastående mål i olika omgivningsförhållanden. Artikeln går igenom de scenarier där radar kan ge bättre resultat än andra alternativ. Här beskrivs olika typer av radarsensorer från Banner Engineering, deras användningsområden och vad man bör tänka på när man väljer sensor.

Varför använda radarsensorer?

Radarn är tålig mot regn, damm och andra vanliga luftburna ämnen, fungerar lika bra i ljusa som i mörka utrymmen och påverkas inte av temperaturvariationer eller vind. Den kan känna av ytor med en stor mängd ytbehandlingar, former och färger och även tränga igenom icke-ledande material, vilket gör att radarsensorer kan se in i containrar.

Radar kan dessutom användas på relativt långa avstånd samtidigt som den är motståndskraftig mot överhörning, vilket ger den fördelar i kortdistanstillämpningar där sensorerna befinner sig i närheten av varandra.

Så här fungerar radar

Radar fungerar genom att elektromagnetiska vågor studsar mot målobjekt och avståndet baseras på den tid det tar för en signal att komma tillbaka. Radarsensorer använder två huvudsakliga tekniker: frekvensmodulerad kontinuerlig våg (FMCW) och pulserande logisk radar (PCR).

FMCW-radarn skickar ut en konstant ström av radiovågor, vilket möjliggör oavbruten övervakning av rörliga och stillastående objekt. PCR-sensorer skickar radiovågor i pulser, vanligtvis med hjälp av sändare med låg effekt. Detta gör PCR-sensorer bättre lämpade för kortdistanstillämpningar.

Räckvidd och materialkänslighet påverkas också i hög grad av driftfrekvensen. Lägre frekvenser är bättre för långdistansavkänning och fungerar bra med material som har höga dielektricitetskonstanter, t.ex. metaller och vatten. Högre frekvenser ger större noggrannhet och är bättre lämpade för att känna av mindre föremål och en större mängd olika material.

Strålningsmönster och avkänningszoner

Radarsensorer kan optimeras för att fokusera på specifika intresseområden och spåra ett eller flera objekt. Viktiga parametrar är bland annat strålningsmönster, avkänningszoner och döda zoner.

Radarsensorer skickar ut radiovågor i ett specifikt mönster som definieras av horisontella och vertikala vinklar. Smala strålningsmönster ger exakt avkänning och längre räckvidd, medan breda strålningsmönster täcker större områden och känner av oregelbundet formade föremål bättre.

Många radarsensorer tillåter konfiguration av flera avkänningszoner inom sitt strålningsmönster. Funktionen möjliggör mer komplexa avkänningsscenarier, för att t.ex. ställa in olika parametrar för när- och fjärrzoner i tillämpningar för undvikande av kollisioner.

Dödzonen är det område omedelbart framför sensorn där avkänningen inte är tillförlitlig. Högfrekventa sensorer har i allmänhet kortare dödzoner.

Identifiera den optimala radarsensorn: börja med grunderna

Det finns många faktorer att ta hänsyn till när man väljer radarsensor. Förutom de grundläggande driftparametrarna har radarsensorer olika egenskaper som påverkar deras kostnad, tålighet och användarvänlighet. Figur 1 visar ett flödesschema som illustrerar några av dessa beslutspunkter med hjälp av radarsensorer från Banner Engineering som exempel.

Figur 1: Här visas ett flödesschema som illustrerar processen för att välja en radarsensor. (Bildkälla: Banner Engineering)

Serien Q90R från Banner Engineering är en bra utgångspunkt. Dessa FMCW-sensorer arbetar med 60 GHz för att balansera räckvidd, noggrannhet och avkänningsförmåga för material. De har ett avkänningsområde på 0,15 till 20 meter, en dödzon på 150 mm och två konfigurerbara avkänningszoner.

Ett exempel på användningsområde för sensorerna är att känna av när lastbilar anländer till en lastkaj. Här gör det relativt breda strålningsmönstret på 40° x 40° det lättare att hitta en monteringsplats som kan övervaka lastkajen.

Q90R2-12040-6KDQ (figur 2) bygger vidare på dessa egenskaper med ett brett, konfigurerbart synfält (120? x 40?) och möjlighet att spåra två mål, vilket gör att de kan hantera mer komplexa avkänningsscenarier.

Figur 2: FMCW-radarsensorn Q90R2-12040-6KDQ arbetar med 60 GHz, kan spåra två mål och har ett brett, konfigurerbart synfält. (Bildkälla: Banner Engineering)

Val av radar för smalstrålande tillämpningar

I vissa tillämpningar måste radarn kunna välja ut ett litet mål. Här är en sensor ur T30R-serien (bild 3) ett bra val. Sensorerna har ett strålningsmönster på 15° x 15° eller 45° x 45°, en arbetsfrekvens på 122 GHz, ett avkänningsavstånd på 25 m, en dödzon på 100 mm och två konfigurerbara avkänningszoner.

Med sitt smala ljusmönster och höga arbetsfrekvens erbjuder denna sensorfamilj exakt avkänning i specifika områden. De kan t.ex. användas för att övervaka nivåer i trånga behållare.

Bild 3: Serien T30R arbetar med 122 GHz, har ett strålningsmönster på 15° x 15° och erbjuder exakt avkänning. (Bildkälla: Banner Engineering)

Versionen T30RW levereras i en IP69K-kapsling som är lämplig för tvättmiljöer med högtrycks- och högtemperaturtvättar, som t. ex. biltvättar. Den har ett avkänningsavstånd på 15 m och ett strålningsmönster på 15° x 15°.

Välja en radarsensor för visuell återkoppling

Även om radarsensorer vanligtvis integreras i större automationssystem kan det vara bra att ha en snabb statusindikering. Vid en laddningsstation för elfordon kan en visuell display t.ex. hjälpa förarna att placera sina fordon på rätt plats.

I tillämpningar som dessa spelar de inbyggda lysdioderna i K50R-serien en värdefull roll.

Särskilt anmärkningsvärda är Pro-modellerna, som K50RPF-8060-LDQ (bild 4), som har en färgglad display som är lätt att tolka.

Bild 4: K50RPF-8060-LDQ har lysdioder för visuell återkoppling. (Bildkälla: Banner Engineering)

De viktigaste specifikationerna för K50R-serien är en driftfrekvens på 60 GHz, ett avkänningsavstånd på 5 m, en dödzon på 50 mm, två konfigurerbara avkänningszoner och ett strålningsmönster på 80° x 60° eller 40° x 30°.

Val av radarsensor för lång räckvidd

För tillämpningar som kräver avkänning över längre avstånd är en radar som arbetar på 24 GHz ofta det bästa valet. Dessa lågfrekventa enheter, som serien QT50R, har ett avkänningsområde på 25 m som är värdefullt i tillämpningar som t . ex. kollisionsavvärjning för mobil utrustning. Serien har även en eller två konfigurerbara avkänningszoner och ett strålningsmönster på 90° x 76°. Dess dödzon har måtten 400 mm för rörliga objekt och 1000 mm för stillastående objekt.

En viktig egenskap hos QT50R är att den kan konfigureras med hjälp av DIP-switchar. Detta möjliggör enkel installation i fält. Vissa tillämpningar kräver dock mer sofistikerade konfigurationer.

Sensorn Q130R (fig. 5) är t . ex. avsedd för tillämpningar som kräver sofistikerade avkänningsfunktioner och avancerade konfigurationsalternativ. Den arbetar med 24 GHz, har en räckvidd på 40 m, ett strålningsmönster på 90° x 76° eller 24° x 50°, en dödzon på 1000 mm och ger noggrann detektering av rörliga och stillastående objekt.

Figur 5: Radarsensorn Q130R är utformad för tillämpningar som kräver sofistikerade avkänningsfunktioner och ger noggrann detektering av rörliga och stillastående objekt. (Bildkälla: Banner Engineering)

Q130R har ett PC-baserat grafiskt användargränssnitt (GUI) för komplexa inställningar och finjusteringar. Den kan exempelvis användas för positionering av feedback på en livlig bangård. I den här tillämpningen kan sensorn konfigureras så att den ignorerar tåg som är parkerade i bakgrunden på ett spår medan den känner igen andra tåg när de passerar framför.

Sammanfattning

Radarsensorer har en unik förmåga att fungera i en stor mängd utomhusmiljöer och tuffa miljöer. För att maximera fördelarna med radartekniken är det viktigt att analysera tillämpningskraven och välja en sensor med rätt arbetsfrekvens och strålningsmönster, bland andra specifikationer. Med en väl vald radar kan många utmanande fjärranalystillämpningar lösas.