Radar selecteren en toepassen voor detectie in ruwe omgevingen

Buitentoepassingen, industriële toepassingen en andere robuuste omgevingen bieden omstandigheden die technologieën voor detectie op afstand, zoals ultrasone sensors, kunnen verstoren. Slecht weer, stof en puin en complexe detectieomgevingen zijn enkele problemen die van invloed kunnen zijn op standaardsensoren.

Radarsensors kunnen deze uitdagingen aan en detecteren bewegende en stationaire doelen in verschillende omgevingsomstandigheden. Dit artikel bespreekt de scenario's waarin radar beter kan presteren dan alternatieve opties. Het behandelt verschillende soorten radarsensors van Banner Engineering, hun toepassingen en ontwerpoverwegingen die in acht moeten worden genomen bij het kiezen van een sensor.

Waarom radarsensors gebruiken?

Radar is bestand tegen regen, stof en andere veelvoorkomende stoffen in de lucht, werkt even goed in lichte en onverlichte ruimtes en wordt niet beïnvloed door temperatuurschommelingen en wind. Het kan oppervlakken met een breed scala aan afwerkingen, geometrieën en kleuren detecteren en dringt ook door niet-geleidende materialen heen, waardoor radarsensoren in containers kunnen kijken.

Bovendien kan radar over relatief lange afstanden worden gebruikt terwijl het ook bestand is tegen overspraak, waardoor het voordelen biedt voor toepassingen op korte afstand waar sensoren zich dicht bij elkaar bevinden.

Hoe radar werkt

Radar werkt door elektromagnetische golven af te kaatsen op doelobjecten en bepaalt de afstand op basis van de tijd die het duurt voordat een signaal terugkeert. Radarsensors maken gebruik van twee belangrijke technologieën: frequentiegemoduleerde continue golf (FMCW) en gepulseerde coherente radar (PCR).

FMCW-radar zendt een constante stroom radiogolven uit, waardoor bewegende en stilstaande objecten ononderbroken kunnen worden gevolgd. PCR-sensors verzenden radiogolven in pulsen, meestal met behulp van zenders met een laag vermogen. Hierdoor zijn PCR-sensos beter geschikt voor toepassingen op korte afstand.

Bereik en materiaalgevoeligheid worden ook sterk beïnvloed door de werkfrequentie. Lagere frequenties zijn beter voor langeafstandsdetectie en werken goed met materialen met een hoge diëlektrische constante, zoals metalen en water. Hogere frequenties bieden een grotere nauwkeurigheid en zijn beter geschikt voor het detecteren van kleinere objecten en een grotere verscheidenheid aan materialen.

Straalpatronen en detectiezones

Radarsensors kunnen worden geoptimaliseerd om zich te richten op specifieke interessegebieden en één of meerdere objecten te volgen. Belangrijke parameters zijn onder andere het stralingspatroon, de detectiezones en de dode zones.

Radarsensors zenden radiogolven uit in een specifiek patroon, gedefinieerd door horizontale en verticale hoeken. Smalle bundelpatronen bieden nauwkeurige detectie en een groter bereik, terwijl brede bundelpatronen grotere gebieden bestrijken en onregelmatig gevormde objecten beter detecteren.

Met veel radarsensors kunnen meerdere detectiezones binnen hun bundelpatroon worden geconfigureerd. Deze functie maakt complexere detectiescenario's mogelijk, zoals het instellen van verschillende parameters voor nabije en verre zones in toepassingen voor het vermijden van botsingen.

De dode zone is het gebied direct voor de sensor waar detectie onbetrouwbaar is. Sensors met een hogere frequentie hebben over het algemeen kortere dode zones.

De optimale radarsensor bepalen: begin bij de basis

Er zijn tal van factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van een radarsensor. Naast de basisbedieningsparameters hebben radarsensors verschillende kenmerken die hun kosten, duurzaamheid en gebruiksgemak beïnvloeden. Afbeelding 1 geeft een stroomdiagram dat enkele van deze beslispunten illustreert aan de hand van radarsensors van Banner Engineering.

Afbeelding 1: Dit is een stroomdiagram dat het proces van het kiezen van een radarsensor illustreert. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

De Q90R-serie van Banner Engineering is een handig startpunt. Deze FMCW-sensors werken op 60 gigahertz (GHz) om een balans te vinden tussen bereik, nauwkeurigheid en materiaaldetectie. Ze hebben een detectiebereik van 0,15 meter (m) tot 20 meter, een dode zone van 150 millimeter (mm) en twee configureerbare detectiezones.

Een voorbeeld van een toepassing voor deze sensoren is detecteren wanneer vrachtwagens aankomen bij een laadperron. Hier maakt het relatief brede 40° x 40° stralingspatroon het gemakkelijker om een montageplaats te vinden die het dok in het zicht houdt.

De Q90R2-12040-6KDQ (Afbeelding 2) bouwt voort op deze mogelijkheden met een breed, instelbaar gezichtsveld (120° x 40°) en de mogelijkheid om twee doelen te volgen, waardoor ze complexere detectiescenario's kunnen aanpakken.

Afbeelding 2: De Q90R2-12040-6KDQ FMCW-radarsensor werkt op 60 GHz, kan twee doelen volgen en heeft een breed, configureerbaar gezichtsveld. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

Radars selecteren voor toepassingen met smalle bundels

In sommige toepassingen moet de radar een klein doel oppikken. Hier is een sensor uit de T30R-serie (Afbeelding 3) een goede keuze. De sensoren hebben een bundelpatroon van 15° x 15° of 45° x 45°, een werkfrequentie van 122 GHz, een detectiebereik van 25 m, een dode zone van 100 mm en twee configureerbare detectiezones.

Met zijn smalle bundelpatroon en hoge werkfrequentie biedt deze sensorfamilie nauwkeurige detectie in specifieke gebieden. Ze kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om niveaus in smalle containers te controleren.

Afbeelding 3: De T30R-serie werkt op 122 GHz, heeft een bundel van 15° x 15° en biedt nauwkeurige detectie. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

De T30RW-versie wordt geleverd in een IP69K-behuizing die geschikt is voor afwasomgevingen met hoge druk en hoge temperatuur, zoals autowasstraten. Hij heeft een detectiebereik van 15 m en een bundelpatroon van 15° x 15°.

Een radarsensor selecteren voor visuele feedback

Hoewel radarsensors meestal geïntegreerd worden in grotere automatiseringssystemen, kan het handig zijn om in één oogopslag een statusindicator te hebben. Bij een laadstation voor elektrische voertuigen (EV) kan een visueel display bestuurders bijvoorbeeld helpen om hun voertuigen correct te positioneren.

Voor dit soort toepassingen spelen de ingebouwde LED's van de K50R-serie een waardevolle rol.

Vooral opvallend zijn de Pro-modellen, zoals de K50RPF-8060-LDQ (Afbeelding 4), die een kleurrijk, gemakkelijk te interpreteren scherm biedt.

Afbeelding 4: De K50RPF-8060-LDQ bevat LED's voor visuele feedback. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

De belangrijkste specificaties voor de K50R-serie zijn een werkfrequentie van 60 GHz, een detectiebereik van 5 m, een dode zone van 50 mm, twee configureerbare detectiezones en bundelpatronen van 80° x 60° of 40° x 30°.

Een langeafstandsradarsensor selecteren

Voor toepassingen die detectie over langere afstanden vereisen, is radar op 24 GHz vaak de beste keuze. Deze apparaten met een lagere frequentie, zoals de QT50R-serie, hebben een detectiebereik van 25 m dat waardevol is voor toepassingen zoals het vermijden van botsingen voor mobiele apparatuur. De serie heeft ook één of twee configureerbare detectiezones en een bundelpatroon van 90° x 76°. De dode zone meet 400 mm voor bewegende objecten en 1000 mm voor stilstaande objecten.

Een opvallend kenmerk van de QT50R is de mogelijkheid om geconfigureerd te worden met DIP-schakelaars. Dit maakt een eenvoudige installatie in het veld mogelijk. Sommige toepassingen vragen echter om geavanceerdere configuraties.

De Q130R-sensor (Afbeelding 5) is bijvoorbeeld ontworpen voor toepassingen die geavanceerde detectiemogelijkheden en geavanceerde configuratieopties vereisen. Hij werkt op 24 GHz, heeft een bereik van 40 m, een bundelpatroon van 90° x 76° of 24° x 50°, een dode zone van 1000 mm en biedt nauwkeurige detectie van bewegende en stilstaande objecten.

Afbeelding 5: De Q130R-radarsensor is ontworpen voor toepassingen die geavanceerde detectiemogelijkheden vereisen en biedt nauwkeurige detectie van bewegende en stilstaande objecten. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

De Q130R maakt met name gebruik van een grafische gebruikersinterface (GUI) op pc-basis voor complexe instellingen en fijnafstellingen. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor positioneringsfeedback op een druk spoorwegemplacement. In deze toepassing kan de sensor zo worden geconfigureerd dat hij treinen negeert die op de achtergrond op één spoor geparkeerd staan, terwijl hij andere treinen herkent als ze voorlangs rijden.

Conclusie

Radarsensoren zijn bij uitstek in staat om te werken in een breed scala aan buitenomgevingen en ruwe omgevingen. Om de voordelen van radartechnologie te maximaliseren, is het essentieel om de toepassingseisen te analyseren en een sensor te kiezen met de juiste werkfrequentie en bundelpatroon, naast andere specificaties. Met een goed gekozen radar kunnen veel uitdagende teledetectietoepassingen worden uitgevoerd.