Sélectionner et utiliser un radar pour la détection en environnements difficiles

Les applications extérieures et industrielles ainsi que d'autres environnements difficiles présentent des conditions susceptibles d'interférer avec les technologies de télédétection telles que les capteurs à ultrasons. Les intempéries, la poussière et les débris, de même que les environnements de détection complexes, sont autant de problèmes qui peuvent affecter les capteurs standard.

Les capteurs radar peuvent répondre à ces défis en détectant des cibles en mouvement et stationnaires dans diverses conditions ambiantes. Cet article passe en revue les scénarios dans lesquels le radar peut surpasser les options alternatives. Il examine plusieurs types de capteurs radar de Banner Engineering, leurs applications et les considérations de conception à prendre en compte lors de la sélection d'un capteur.

Pourquoi utiliser des capteurs radar

Le radar est robuste face à la pluie, à la poussière et à d'autres substances en suspension dans l'air courantes. Il fonctionne aussi bien dans les espaces lumineux que sombres, et il n'est pas affecté par les variations de température ni par le vent. Il peut détecter des surfaces présentant une large gamme de finitions, de géométries et de couleurs, et il peut également pénétrer des matériaux non conducteurs, permettant aux capteurs radar d'observer l'intérieur des conteneurs.

En outre, le radar peut être utilisé sur des distances relativement longues tout en étant résistant à la diaphonie, ce qui lui confère des avantages pour les applications à courte portée où les capteurs sont proches les uns des autres.

Fonctionnement du radar

Le radar fonctionne en faisant rebondir des ondes électromagnétiques sur des objets cibles, ce qui permet de déterminer la distance en fonction du temps de retour du signal. Les capteurs radar utilisent deux technologies principales : le radar à onde continue modulée en fréquence (FMCW) et le radar cohérent pulsé (PCR).

Le radar FMCW émet un flux constant d'ondes radio, permettant une surveillance ininterrompue des objets en mouvement et stationnaires. Les capteurs PCR envoient des ondes radio sous forme d'impulsions, typiquement à l'aide d'émetteurs basse puissance. Les capteurs PCR sont donc mieux adaptés aux applications à courte portée.

La portée et la sensibilité des matériaux sont également fortement influencées par la fréquence de fonctionnement. Les basses fréquences sont mieux adaptées à la détection à longue portée et fonctionnent bien avec les matériaux ayant une constante diélectrique élevée, tels que les métaux et l'eau. Les hautes fréquences offrent une plus grande précision et conviennent mieux à la détection d'objets plus petits et d'une plus grande variété de matériaux.

Diagrammes de faisceaux et zones de détection

Les capteurs radar peuvent être optimisés pour cibler des zones d'intérêt spécifiques et suivre un ou plusieurs objets. Les paramètres clés incluent le diagramme de faisceau, les zones de détection et les zones mortes.

Les capteurs radar émettent des ondes radio selon un diagramme spécifique, défini par des angles horizontaux et verticaux. Les diagrammes de faisceaux étroits offrent une détection précise et une portée plus longue, tandis que les diagrammes de faisceaux larges couvrent des zones plus étendues et détectent mieux les objets de forme irrégulière.

De nombreux capteurs radar permettent la configuration de plusieurs zones de détection au sein de leur diagramme de faisceau. Cette fonctionnalité permet des scénarios de détection plus complexes, tels que la définition de paramètres différents pour les zones proches et éloignées dans les applications d'évitement de collision.

La zone morte est la zone immédiatement devant le capteur où la détection n'est pas fiable. Les capteurs haute fréquence ont généralement des zones mortes plus courtes.

Identifier le capteur radar optimal : commencer par les bases

De nombreux facteurs doivent être pris en compte lors du choix d'un capteur radar. Outre les paramètres de fonctionnement de base, les capteurs radar présentent diverses caractéristiques qui ont un impact sur leur coût, leur durabilité et leur facilité d'utilisation. La Figure 1 fournit un organigramme qui illustre certains de ces points de décision en prenant pour exemple les capteurs radar de Banner Engineering.

Figure 1 : Le schéma ci-dessous illustre le processus de sélection d'un capteur radar. (Source de l'image : Banner Engineering)

La série Q90R de Banner Engineering constitue un point de départ utile. Ces capteurs FMCW fonctionnent à 60 gigahertz (GHz) pour équilibrer la portée, la précision et les capacités de détection de matériaux. Ils ont une portée de détection de 0,15 mètre (m) à 20 m, une zone morte de 150 millimètres (mm) et deux zones de détection configurables.

Un exemple de cas d'utilisation pour ces capteurs est la détection de l'arrivée de camions à un quai de chargement. Ici, le diagramme de faisceau relativement large de 40° x 40° permet de trouver plus facilement un emplacement de montage pour voir le quai.

Le Q90R2-12040-6KDQ (Figure 2) s'appuie sur ces caractéristiques avec un champ de vision large et configurable (120° x 40°) et la capacité de suivre deux cibles, lui permettant de gérer des scénarios de détection plus complexes.

Figure 2 : Le capteur radar FMCW Q90R2-12040-6KDQ fonctionne à 60 GHz, peut suivre deux cibles et dispose d'un champ de vision large et configurable. (Source de l'image : Banner Engineering)

Sélection d'un radar pour les applications à faisceau étroit

Dans certaines applications, le radar doit détecter une petite cible. Ici, un capteur de la série T30R (Figure 3) constitue un bon choix. Les capteurs ont un diagramme de faisceau de 15° x 15° ou de 45° x 45°, une fréquence de fonctionnement de 122 GHz, une portée de détection de 25 m, une zone morte de 100 mm et deux zones de détection configurables.

Grâce à son diagramme de faisceau étroit et à sa haute fréquence de fonctionnement, cette famille de capteurs offre une détection précise dans des zones spécifiques. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour surveiller les niveaux dans des conteneurs étroits.

Figure 3 : La série T30R fonctionne à 122 GHz, a un faisceau de 15° x 15° et offre une détection précise. (Source de l'image : Banner Engineering)

La version T30RW est fournie en boîtier IP69K adapté aux environnements de lavage à haute pression et à haute température tels que les stations de lavage de voitures. Elle offre une portée de détection de 15 m et un diagramme de faisceau de 15° x 15°.

Sélection d'un capteur radar pour un retour visuel

Bien que les capteurs radar s'intègrent généralement dans de grands systèmes d'automatisation, il peut être utile de disposer d'un indicateur d'état visible d'un seul coup d'œil. À une borne de recharge de véhicules électriques (VE), par exemple, un affichage visuel peut aider les conducteurs à positionner correctement leur véhicule.

Pour de telles applications, les LED intégrées de la série K50R jouent un rôle important.

Les modèles Pro, comme le K50RPF-8060-LDQ (Figure 4), offrant un affichage coloré et facile à interpréter, sont particulièrement appréciables.

Figure 4 : Le K50RPF-8060-LDQ intègre des LED pour un retour visuel. (Source de l'image : Banner Engineering)

Les principales spécifications de la série K50R incluent une fréquence de fonctionnement de 60 GHz, une portée de détection de 5 m, une zone morte de 50 mm, deux zones de détection configurables et des diagrammes de faisceaux de 80° x 60° ou de 40° x 30°.

Sélection d'un capteur radar longue portée

Pour les applications nécessitant une détection sur de longues distances, un radar fonctionnant à 24 GHz est souvent le meilleur choix. Ces dispositifs basse fréquence, tels que ceux de la série QT50R, ont une portée de détection de 25 m, ce qui est utile pour les applications telles que l'évitement des collisions pour les équipements mobiles. La série offre également une ou deux zones de détection configurables et un diagramme de faisceau de 90° x 76°. Sa zone morte mesure 400 mm pour les objets en mouvement et 1000 mm pour les objets stationnaires.

Une caractéristique notable du QT50R est sa capacité à être configuré via des commutateurs DIP. Cela permet une configuration simple sur le terrain. Cependant, certaines applications requièrent des configurations plus sophistiquées.

Par exemple, le capteur Q130R (Figure 5) est conçu pour les applications exigeant des capacités de détection sophistiquées et des options de configuration avancées. Il fonctionne à 24 GHz, a une portée de 40 m, un diagramme de faisceau de 90° x 76° ou 24° x 50° et une zone morte de 1000 mm, et permet une détection précise des objets en mouvement et stationnaires.

Figure 5 : Le capteur radar Q130R est conçu pour les applications exigeant des capacités de détection sophistiquées et il fournit une détection précise des objets en mouvement et stationnaires. (Source de l'image : Banner Engineering)

Le Q130R utilise notamment une interface utilisateur graphique (GUI) basée sur PC pour la configuration et les réglages complexes. Par exemple, il peut être utilisé pour le retour d'informations de positionnement dans une gare de triage très fréquentée. Dans cette application, le capteur peut être configuré pour ignorer les trains stationnés en arrière-plan sur une voie tout en reconnaissant les autres trains lorsqu'ils passent devant.

Conclusion

Les capteurs radar ont la capacité unique de fonctionner dans un large éventail d'environnements extérieurs et difficiles. Pour maximiser les avantages de la technologie radar, il est essentiel d'analyser les exigences de l'application et de sélectionner un capteur avec la fréquence de fonctionnement et le diagramme de faisceau appropriés, entre autres spécifications. Avec un radar sélectionné avec soin, de nombreuses applications de télédétection difficiles peuvent être réalisées.