Come selezionare e applicare i radar per il rilevamento in ambienti difficili

Le applicazioni industriali e quelle per esterni e in altri ambienti difficili presentano condizioni che possono interferire con le tecnologie di telerilevamento, come i sensori a ultrasuoni. Le intemperie, la polvere e i detriti e la complessità degli ambienti di rilevamento sono solo alcuni dei problemi che possono influire sui sensori standard.

I sensori radar possono affrontare queste sfide, rilevando bersagli in movimento e stazionari in varie condizioni ambientali. Questo articolo esamina le situazioni in cui il radar può risultare superiore alle alternative. Esamina quindi diversi tipi di sensori radar di Banner Engineering, le loro applicazioni e le considerazioni di progettazione da tenere presenti quando si sceglie un sensore.

Perché usare i sensori radar?

Il radar resiste alla pioggia, alla polvere e ad altre comuni sostanze trasportate dall'aria, funziona ugualmente bene in spazi luminosi e non illuminati e non è influenzato dalle variazioni termiche e dal vento. È in grado di rilevare superfici in un'ampia gamma di finiture, geometrie e colori e di penetrare in materiali non conduttivi, consentendo ai sensori radar di scrutare all'interno dei contenitori.

Inoltre, il radar può essere utilizzato su distanze relativamente lunghe e allo stesso tempo è resistente alla diafonia, il che lo rende vantaggioso per le applicazioni a corto raggio in cui i sensori sono vicini.

Come funziona il radar

Il radar funziona facendo rimbalzare le onde elettromagnetiche sugli oggetti bersaglio, determinando la distanza in base al tempo di ritorno del segnale. I sensori radar utilizzano due tecnologie principali: onda continua modulata in frequenza (FMCW) e radar coerente pulsato (PCR).

Il radar FMCW emette un flusso costante di onde radio per il monitoraggio ininterrotto di oggetti in movimento e stazionari. I sensori PCR inviano le onde radio a impulsi, in genere utilizzando trasmettitori a bassa potenza. Ciò rende i sensori PCR più adatti alle applicazioni a corto raggio.

Anche la portata e la sensibilità del materiale sono fortemente influenzate dalla frequenza operativa. Le frequenze più basse sono migliori per il rilevamento a lungo raggio e funzionano bene con i materiali con un'elevata costante dielettrica, come i metalli e l'acqua. Le frequenze più elevate offrono una maggiore precisione e sono più adatte a rilevare oggetti più piccoli e una più ampia varietà di materiali.

Schemi del fascio e zone di rilevamento

I sensori radar possono essere ottimizzati per concentrarsi su aree specifiche di interesse e seguire uno o più oggetti. I parametri chiave includono il fascio di luce, le zone di rilevamento e le zone morte.

I sensori radar emettono onde radio secondo uno schema specifico, definito da angoli orizzontali e verticali. Gli schemi di fascio stretto offrono un rilevamento preciso e una maggiore portata, mentre gli schemi di fascio largo coprono aree più ampie e rilevano meglio gli oggetti di forma irregolare.

Molti sensori radar consentono di configurare più zone di rilevamento all'interno del loro fascio di luce. Questa funzione offre scenari di rilevamento più complessi, come l'impostazione di parametri diversi per le zone vicine e lontane nelle applicazioni di prevenzione delle collisioni.

La zona morta è l'area immediatamente antistante il sensore in cui il rilevamento non è affidabile. I sensori a più alta frequenza hanno generalmente zone morte più corte.

Scegliere il sensore radar ottimale: partire dai principi base

I fattori da considerare nella scelta di un sensore radar sono numerosi. Oltre ai parametri operativi di base, i sensori radar presentano diverse caratteristiche che ne influenzano il costo, la durata e la facilità d'uso. La Figura 1 mostra un diagramma di flusso che illustra alcuni di questi aspetti utilizzando come esempio i sensori radar di Banner Engineering.

Figura 1: Il diagramma di flusso illustra il processo di scelta di un sensore radar. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

La serie Q90R di Banner Engineering è un utile punto di partenza. Questi sensori FMCW funzionano a 60 GHz per bilanciare portata, precisione e capacità di rilevamento dei materiali. Hanno un campo di rilevamento da 0,15 a 20 metri, una zona morta di 150 mm e due zone di rilevamento configurabili.

Un esempio di utilizzo di questi sensori è il rilevamento dell'arrivo dei camion in una banchina di carico. In questo caso, il fascio relativamente ampio di 40° x 40° facilita l'individuazione di una posizione di montaggio che consenta di tenere in vista la banchina.

Il modello Q90R2-12040-6KDQ (Figura 2) si basa su queste capacità con un campo visivo ampio e configurabile (120° x 40°) e la capacità di seguire due bersagli, consentendo loro di affrontare scenari di rilevamento più complessi.

Figura 2: Il sensore radar FMCW Q90R2-12040-6KDQ funziona a 60 GHz, può seguire due bersagli e ha un campo visivo ampio e configurabile. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

Selezione del radar per applicazioni a fascio stretto

In alcune applicazioni, il radar deve individuare un bersaglio di piccole dimensioni. In questo caso, un sensore della serie T30R (Figura 3) è una buona scelta. I sensori hanno un fascio di 15° x 15° o 45° x 45°, una frequenza operativa di 122 GHz, un campo di rilevamento di 25 m, una zona morta di 100 mm e due zone di rilevamento configurabili.

Grazie allo stretto fascio di luce e all'elevata frequenza operativa, questa famiglia di sensori offre un rilevamento preciso in aree specifiche. Ad esempio, possono essere utilizzati per monitorare i livelli all'interno di contenitori stretti.

Figura 3: La serie T30R funziona a 122 GHz, ha un fascio di 15° x 15° e offre rilevamento preciso. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

La versione T30RW è dotata di un alloggiamento IP69K adatto ad ambienti di lavaggio ad alta pressione e alta temperatura, come gli autolavaggi. Ha un campo di rilevamento di 15 m e un fascio di luce di 15° x 15°.

Selezione di un sensore radar per il riscontro visivo

Sebbene i sensori radar si integrino tipicamente in sistemi di automazione più ampi, può essere utile disporre di un indicatore di stato a colpo d'occhio. In una stazione di ricarica per veicoli elettrici (EV), ad esempio, un display può aiutare i conducenti a posizionare correttamente i loro veicoli.

Per applicazioni come queste, i LED integrati serie K50R assolvono egregiamente il compito.

Particolarmente degni di nota sono i modelli Pro, come K50RPF-8060-LDQ (Figura 4), che offre un display colorato di facile interpretazione.

Figura 4: Il modello K50RPF-8060-LDQ incorpora LED per il riscontro visivo. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

Le specifiche principali della serie K50R includono una frequenza operativa di 60 GHz, un campo di rilevamento di 5 m, una zona morta di 50 mm, due zone di rilevamento configurabili e schemi del fascio di 80° x 60° o 40° x 30°.

Selezione di un sensore radar a lungo raggio

Per le applicazioni che richiedono il rilevamento su distanze maggiori, il radar a 24 GHz è spesso la scelta migliore. Questi dispositivi a bassa frequenza, come la serie QT50R, hanno un campo di rilevamento di 25 m, utile in applicazioni come la prevenzione delle collisioni per le apparecchiature mobili. La serie offre inoltre una o due zone di rilevamento configurabili e un fascio di luce di 90° x 76°. La sua zona morta misura 400 mm per gli oggetti in movimento e 1000 mm per gli oggetti stazionari.

Una caratteristica notevole del modello QT50R è la sua configurabilità tramite interruttori DIP. Ciò ne consente una semplice configurazione sul campo. Tuttavia, alcune applicazioni richiedono configurazioni più sofisticate.

Ad esempio, il sensore Q130R (Figura 5) è progettato per applicazioni che richiedono capacità di rilevamento sofisticate e opzioni di configurazione avanzate. Funziona a 24 GHz, ha una portata di 40 m, un fascio di 90° x 76° o 24° x 50°, una zona morta di 1000 mm e fornisce un rilevamento accurato di oggetti in movimento e stazionari.

Figura 5: Il sensore radar Q130R è progettato per applicazioni che richiedono capacità di rilevamento sofisticate e fornisce un rilevamento accurato di oggetti in movimento e stazionari. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

In particolare, il modello Q130R utilizza un'interfaccia grafica utente (GUI) basata su PC per una complessa configurazione e messa a punto. Ad esempio, può essere utilizzato per il riscontro di posizionamento in uno scalo ferroviario trafficato. In questa applicazione, il sensore può essere configurato in modo da ignorare i treni parcheggiati in secondo piano su un binario, ma da riconoscere gli altri treni che ci passano davanti.

Conclusione

I sensori radar sono in grado di funzionare in un'ampia gamma di ambienti esterni e difficili. Per massimizzare i vantaggi della tecnologia radar, è essenziale analizzare i requisiti dell'applicazione e selezionare un sensore con la giusta frequenza operativa e il giusto fascio di luce, tra le altre specifiche. La scelta del radar giusto consente di affrontare molte applicazioni di telerilevamento impegnative.