Radaros érzékelők kiválasztása és alkalmazása zord környezetekben

A kültéri és ipari rendszerekben, valamint más ellenséges környezetekben olyan körülmények állnak fenn, amelyek zavarhatják a távérzékelési technikát, például az ultrahangos érzékelők működését. A kedvezőtlen időjárás, a por és a törmelék, valamint az összetett érzékelési környezetek csak néhány azon probléma közül, amelyek a szabványos érzékelőkre hatással lehetnek.

Radaros érzékelőkkel ezek a problémák jól kiküszöbölhetők, mivel mozgó és álló célpontokat is képesek észlelni különböző környezeti körülmények között. Ebben a cikkben azon eseteket tekintjük át, amikor a radar használata jobb lehet az alternatív lehetőségeknél. A Banner Engineering különböző radaros érzékelőit használva fel példaként azok alkalmazását vizsgáljuk meg, a tervezéssel kapcsolatos azon szempontokkal együtt, amelyeket egy érzékelő kiválasztásakor figyelembe kell venni.

A radaros érzékelők használatának előnyei

A radar működését nem befolyásolja sem az eső, sem a por és más gyakori légnemű anyagok sem. Egyformán jól működik világos és megvilágítatlan helyiségekben, és nincs hatással rá sem a hőmérséklet-ingadozás sem a szél. Képes a legkülönbözőbb felületű, geometriájú és színű felületek érzékelésére, áthatolva a nem vezető anyagokon is, ami a radaros érzékelők számára lehetővé teszi, hogy a „belepillanthassanak” akár a tartályok belsejébe is.

Ezenkívül a radar viszonylag nagy távolságokra is használható jó interferencia-tűréssel, ami előnyös a kis hatótávolságú rendszerekben, ahol az érzékelők közel vannak elhelyezve egymáshoz.

A radar működésének alapjai

A radar működése a céltárgyakról visszavert elektromágneses hullámok visszaverődésén alapul, és a távolságnak a jel visszatéréséhez szükséges idő alapján történő meghatározásán. Radaros érzékelők esetén két fő technológia van használatban: a frekvenciamodulált folyamatos hullámú (FMCW) és az impulzusos koherens (PCR) radar.

Az FMCW radar állandó rádióhullám-folyamot bocsát ki, ami lehetővé teszi a mozgó és álló objektumok folyamatos figyelését. A PCR-érzékelők impulzusszerűen küldenek rádióhullámokat, jellemzően kis teljesítményű adók segítségével, így ezek használata a kis hatótávolságú rendszerekben alkalmasabb.

A hatótávolságot és az anyagokra való érzékenységet az üzemi frekvencia is nagyban befolyásolja. Az alacsonyabb frekvenciák jobbak a nagy hatótávolságú érzékeléshez, és jól működnek a magas dielektromos állandójú anyagok, például fémek és víz esetén. A magasabb frekvenciák nagyobb pontosságot biztosítanak, és kisebb tárgyak és többféle anyag érzékelésére alkalmasabbak.

Látószögek és érzékelési zónák

A radaros érzékelők működése optimalizálható úgy, hogy meghatározott területekre összpontosítsanak, és egy vagy több objektumot kövessenek. Legfontosabb paramétereik közé tartoznak a látószög, az érzékelési zónák és a holtzónák.

A radaros érzékelők rádióhullámokat bocsátanak ki, vízszintes és függőleges szögek által meghatározott irányban. A keskeny látószögek pontos érzékelést és nagyobb hatótávolságot biztosítanak, míg a széles látószögű érzékelők nagyobb területeket fednek le, és jobban érzékelik a szabálytalan alakú tárgyakat.

Számos radaros érzékelőnél több érzékelési zóna is beállítható annak látószögén belül. Ezen lehetőség összetettebb érzékelési módszereket tesz lehetővé: például a közeli és a távoli zónákra vonatkozólag különböző paraméterkonfigurációkat ütközéselkerülő rendszerekben.

A holtzóna az érzékelő előtti közvetlen terület, ahol az érzékelés nem megbízható. A magasabb frekvenciájú érzékelők általában rövidebb holtzónával rendelkeznek.

Optimális radaros érzékelő kiválasztása egy adott feladathoz: kezdjük az alapvető paraméterekkel

A radaros érzékelők kiválasztásakor számos tényezőt kell figyelembe venni. Az alapvető üzemi paramétereken kívül a radaros érzékelőknek számos olyan tulajdonságuk van, amelyek befolyásolják az árukat, a tartósságukat és az egyszerű használhatóságukat. Az 1. ábrán néhány ilyen döntési pontot szemléltő folyamatábra látható a Banner Engineering radaros érzékelőit használva fel példaként.

1. ábra: Radaros érzékelők kiválasztásának folyamatát szemléltető folyamatábra (kép: Banner Engineering)

Alapvető kezdésként jó lehet a Banner Engineering Q90R sorozata. Ezek az FMCW-érzékelők 60 GHz-en működnek, egyensúlyt biztosítva a hatótávolság, a pontosság és az anyagérzékelési képesség között. Érzékelési tartományuk 0,15 métertől 20 méterig terjed, holtzónájuk 150 mm, és két konfigurálható érzékelési zónával rendelkeznek.

Ezen érzékelők például arra használhatók, hogy érzékeljék, ha egy teherautó a rakodódokkhoz érkezik. A viszonylag széles, 40° x 40°-os látószögüknek köszönhetően olyan helyre szerelhetők, ami megkönnyíti a dokkoló állomás észlelését.

A Q90R2-12040-6KDQ (2. ábra) kibővíti ezeket a lehetőségeket a széles, konfigurálható látómezejével (120° x 40°), továbbá azzal, hogy két célpont követésére képes, aminek köszönhetően a bonyolultabb érzékelési esetekben is használhatók.

2. ábra: A Q90R2-12040-6KDQ FMCW radaros érzékelő 60 GHz-en működik, két célpontot képes követni, és széles, konfigurálható látómezővel rendelkezik (kép: Banner Engineering)

Kiválasztási szempontok keskeny sugaras radaroknál

Bizonyos esetekben a radarnak kis célpontot kell kiszűrnie, és ilyen esetben a T30R sorozat jó választás (3. ábra). Az érzékelők 15° x 15° vagy 45° x 45°-os látószögűek, üzemi frekvenciájuk 122 GHz, érzékelési tartományuk 25 m, holtzónájuk 100 mm, és két konfigurálható érzékelési zónával rendelkeznek.

Szűk látószögével és nagy üzemi frekvenciájával ez az érzékelőcsalád pontos érzékelést biztosít meghatározott területeken: például keskeny tartályok folyadékszintjének figyelésére használhatók.

3. ábra: A T30R sorozat 122 GHz-en működik, 15° x 15°-os látószöggel rendelkezik, és pontos érzékelést biztosít (kép: Banner Engineering)

A T30RW változat IP69K védettségű tokozással rendelkezik, amely nagynyomású, magas hőmérsékletű mosási környezetekhez, például autómosókhoz alkalmas. Érzékelési tartománya 15 m, látószöge pedig 15° x 15°.

Vizuális visszajelzést kínáló radaros érzékelők

Bár a radaros érzékelőket általában nagyobb automatizálási rendszerekbe építik be azok szerves részeként, az egyetlen pillantással leolvasható állapotjelzőknek is megvan a maguk haszna. Elektromos járművek töltőállomásain például a vizuális visszajelzés segíthet abban, hogy a járművezetők helyesen pozícionálják a járműveiket.

Ilyen esetekben fontos szerepe van az érzékelőbe épített LED-eknek, mint például a K50R sorozatnál.

Különösen figyelemre méltóak a Pro típusok, például a K50RPF-8060-LDQ (4. ábra), amely színes, könnyen értelmezhető visszajelzést kínál.

4. ábra: A K50RPF-8060-LDQ LED-eket tartalmaz vizuális visszajelzéshez (kép: Banner Engineering)

A K50R sorozat legfontosabb jellemzői közé tartozik a 60 GHz-es üzemi frekvencia, az 5 m-es érzékelési hatótáv, az 50 mm-es holtzóna, a két konfigurálható érzékelési zóna és a 80° x 60° vagy 40° x 30°-os látószögek.

Nagy hatótávolságú radaros érzékelő kiválasztása

Amikor nagyobb távolságokon át történő érzékelésre van szükség, gyakran a 24 GHz-en működő radar a legjobb választás. Ezen alacsonyabb frekvenciájú eszközök, mint amilyen a QT50R sorozat, 25 m-es érzékelési hatótávval rendelkeznek, ami mobil berendezések összeütközésének elkerülésére használható, és igen hasznos más hasonló esetekben. A sorozat egy vagy két konfigurálható érzékelési zónával és 90° x 76°-os látószöggel rendelkezik. A holtzóna mozgó tárgyak esetén 400 mm, álló tárgyak esetén pedig 1000 mm.

A QT50R figyelemre méltó jellemzője, hogy DIP-kapcsolókon keresztül konfigurálható, aminek köszönhetően terepen is egyszerűen beállítható. Léteznek viszont olyan rendszerek, amikor kifinomultabb konfigurációra van szükség.

A Q130R érzékelőt (5. ábra) például olyan esetekre tervezték, amikor kifinomult érzékelési képességekre és konfigurációs lehetőségekre van szükség. Az eszköz 24 GHz-en működik, 40 m-es hatótávval, 90° x 76°-os vagy 24° x 50°-os látószöggel, 1000 mm-es holtzónával, és mozgó és álló objektumok pontos érzékelésére képes.

5. ábra: A Q130R radaros érzékelőt kifinomult érzékelési képességeket igénylő esetekre tervezték, és mozgó és álló objektumok pontos érzékelésére képes (kép: Banner Engineering)

A Q130R egy PC-alapú grafikus felhasználói felületen (GUI) keresztül konfigurálható a bonyolultabb beállításokhoz és finomhangoláshoz. Felhasználható például helymeghatározási visszajelzésre forgalmas vasúti pályaudvarokon. Ebben a felhasználási esetben az érzékelő konfigurálható úgy, hogy figyelmen kívül hagyja a háttérben lévő vágányon vesztegelő szerelvényeket, ugyanakkor viszont felismerje az előtte elhaladó többi vonatot.

Összegzés

A radaros érzékelők egyedülálló tulajdonsága, hogy sokféle kültéri és zord környezetben is működni tudnak. A radartechnológia előnyeinek maximalizálásához feltétlenül ki kell elemezni az alkalmazási követelményeket, és megfelelő üzemi frekvenciájú és látószögú érzékelőt szükséges választani. Jól megválasztott radarral számos problémás távérzékelési feladat megoldható.