Tutkan valitseminen ja käyttö tunnistukseen vaikeissa käyttöympäristöissä

Ulkotiloissa, teollisuussovelluksissa ja muissa vaativissa käyttöympäristöissä on tekijöitä, jotka voivat häiritä ultraääniantureiden kaltaisia etätunnistustekniikoita. Muun muassa huono sää, pöly ja roskat sekä monimutkaiset tunnistusympäristöt voivat aiheuttaa ongelmia tavallisille antureille.

Tutkaa käyttävät anturit pystyvät vastaamaan näihin haasteisiin ja havaitsemaan liikkuvia ja paikallaan olevia kohteita erilaisissa ympäristöolosuhteissa. Tässä artikkelissa tarkastellaan tilanteita, joissa tutkan suorituskyky voi ylittää muut vaihtoehdot. Siinä käydään läpi useita erityyppisiä tutka-antureita Banner Engineering -yritykseltä, keskustellaan niiden käyttökohteista ja tuodaan esiin suunnitteluun liittyviä näkökohtia, jotka on muistettava anturia valittaessa.

Miksi tutka-antureita käytetään?

Tutka toimii luotettavasti sateesta, pölystä ja muista yleisistä ilmasta löytyvistä substansseista huolimatta, yhtä hyvin kirkkaissa ja valaisemattomissa tiloissa, eivätkä lämpötilavaihtelut ja tuuli vaikuta siihen. Se havaitsee pinnat riippumatta niiden viimeistelystä, geometriasta ja väristä sekä läpäisee myös sähköä johtamattomat materiaalit, minkä ansiosta tutka-anturit näkevät säiliöiden sisälle.

Lisäksi tutkaa voidaan käyttää suhteellisen pitkillä etäisyyksillä. Se vastustaa myös ylikuulumista, mistä on hyötyä lyhyen kantaman sovelluksissa, joissa anturit ovat lähellä toisiaan.

Tutkan toiminta

Tutkan toiminta perustuu siihen, että sähkömagneettiset aallot heijastuvat kohdeobjekteista takaisin. Etäisyys voidaan määrittää sen perusteella, kuinka kauan aikaa signaalin paluuseen kuluu. Tutka-antureissa käytetään kahta pääteknologiaa: taajuusmoduloitua kantoaaltotutkaa (FMCW) ja koherenttia pulssitutkaa (PCR).

FMCW-tutka lähettää radioaaltoja jatkuvasti, mikä mahdollistaa liikkuvien ja paikallaan olevien kohteiden keskeytymättömän seurannan. PCR-anturit lähettävät radioaaltoja sykäyksinä, tyypillisesti käyttämällä matalatehoisia lähettimiä. Tämän ansiosta PCR-anturit sopivat paremmin lyhyen kantaman sovelluksiin.

Toimintataajuus vaikuttaa voimakkaasti myös etäisyyteen ja materiaaliherkkyyteen. Matalammat taajuudet ovat parempia pitkän matkan tunnistuksessa ja toimivat hyvin metallien ja veden kaltaisten materiaalien kanssa, joiden dielektrinen vakio on korkea. Korkeammat taajuudet tarjoavat paremman tarkkuuden ja sopivat paremmin pienempien objektien ja laajemman materiaalivalikoiman tunnistamiseen.

Sädekuviot ja tunnistusvyöhykkeet

Tutka-anturit voidaan optimoida keskittymään tiettyihin tärkeisiin alueisiin ja seuraamaan yhtä tai useampaa objektia. Keskeisiä parametreja ovat sädekuvio, tunnistusvyöhykkeet ja kuolleet alueet.

Tutka-anturien lähettämät radioaallot muodostavat kuvion, jota kuvataan vaaka- ja pystykulmilla. Kapeat sädekuviot mahdollistavat tarkan tunnistuksen ja pidemmän etäisyyden, kun taas leveät sädekuviot kattavat suuremman alueen ja tunnistavat paremmin muodoltaan epäsäännölliset objektit.

Monet tutka-anturit mahdollistavat useampien tunnistusvyöhykkeiden määrittämisen niiden sädekuvion sisällä. Tämä ominaisuus mahdollistaa kompleksisemmat tunnistusmääritykset, kuten erilaisten parametrien asettaminen lähi- ja kaukovyöhykkeille sovelluksissa, joiden tarkoituksena on välttää törmäyksiä.

Kuollut alue on välittömästi anturin edessä oleva alue, jossa tunnistaminen on epäluotettavaa. Mitä korkeampi anturin taajuus on, sitä lyhyempi kuollut alue yleensä on.

Optimaalisen tutka-anturin tunnistaminen: aloita perusteista

Tutka-anturia valittaessa on otettava huomioon useita tekijöitä. Perustason toimintaparametrien lisäksi tutka-antureissa on erilaisia niiden kustannuksiin, kestävyyteen ja helppokäyttöisyyteen vaikuttavia tekijöitä. Kuvassa 1 on vuokaavio, joka havainnollistaa joitakin näistä päätöksentekoon vaikuttavista tekijöistä käyttäen esimerkkeinä Banner Engineeringin tutka-antureita.

Kuva 1: Kuvassa esitetään vuokaavio, joka havainnollistaa tutka-anturin valintaprosessia. (Kuvan lähde: Banner Engineering)

Banner Engineeringin Q90R-sarjalla on hyvä aloittaa. Nämä FMCW-anturit toimivat 60 gigahertsin taajuudella (GHz), minkä ansiosta etäisyys, tarkkuus ja materiaalien tunnistuskyky ovat tasapainossa. Niiden tunnistusetäisyys on 0,15–20 m ja kuollut alue 150 mm. Niissä on kaksi konfiguroitavaa tunnistusvyöhykettä.

Esimerkkikäyttötapaus näille antureille on lastauslaiturille saapuvien kuorma-autojen tunnistaminen. Tässä suhteellisen leveä 40 x 40 asteen sädekuvio helpottaa löytämään asennuspaikan, josta lastauslaituri on näkyvissä.

Q90R2-12040-6KDQ (kuva 2) lisää näihin ominaisuuksiin laajan konfiguroitavan näkökentän (120° x 40°) ja kyvyn seurata kahta kohdetta, minkä ansiosta niitä voidaan käyttää kompleksisempiin tunnistustehtäviin.

Kuva 2: Q90R2-12040-6KDQ FMCW-tutka-anturi toimii 60 GHz:n taajuudella, pystyy seuraamaan kahta kohdetta sekä tarjoaa leveän ja määritettävissä olevan näkökentän. (Kuvan lähde: Banner Engineering)

Tutkan valitseminen kapeaa sädettä vaativiin sovelluksiin

Joissakin käyttökohteissa tutkan on havaittava pieni kohde. T30R-sarjan anturi (kuva 3) on hyvä valinta tähän. Anturien sädekuvio on 15 ° x 15° tai 45 ° x 45°, toimintataajuus 122 GHz, tunnistusetäisyys 25 m ja kuollut alue 100 mm, ja niissä on kaksi konfiguroitavaa tunnistusvyöhykettä.

Kapean sädekuvion ja korkean toimintataajuuden ansiosta tämä anturiperhe tarjoaa tarkan tunnistamisen halutulla alueella. Niiden avulla voidaan esimerkiksi valvoa kapeiden säiliöiden täyttötasoja.

Kuva 3: T30R-sarja toimii taajuudella 122 GHz, sen säde on 15 ° x 15°, ja se tarjoaa tarkat tunnistusominaisuudet. (Kuvan lähde: Banner Engineering)

T30RW-versio käyttää IP69K-luokiteltua koteloa, joka soveltuu autopesuloiden kaltaisiin korkeapaineisia ja kuumia vesisuihkuja sisältäviin ympäristöihin. Sen tunnistusetäisyys on 15 m ja sädekuvio 15° x 15°.

Tutka-anturin valitseminen visuaalista palautetta varten

Vaikka tutka-anturit yleensä integroidaan suurempiin automaatiojärjestelmiin, yhden silmäyksen tilanilmaisimesta voi olla hyötyä. Esimerkiksi sähköajoneuvon latausaseman näyttö voi auttaa kuljettajia sijoittamaan ajoneuvonsa oikein.

K50R-sarjan sisäänrakennetuilla ledivaloilla on tärkeä rooli tällaisissa käyttökohteissa.

Tässä kannattaa huomata erityisesti Pro-mallit, kuten K50RPF-8060-LDQ (kuva 4), joka tarjoaa värikkään ja helposti tulkittavan näytön.

Kuva 4: K50RPF-8060-LDQ käyttää ledejä visuaalisen palautteen antamiseen. (Kuvan lähde: Banner Engineering)

K50R-sarjan keskeiset tekniset tiedot ovat 60 GHz:n toimintataajuus, 5 metrin tunnistusetäisyys, 50 mm:n kuollut alue, kaksi konfiguroitavaa tunnistusaluetta ja 80° x 60° tai 40° x 30° sädekuviot.

Tutka-anturin valinta pitkälle etäisyydelle

Taajuudella 24 GHz toimiva tutka on usein paras valinta käyttökohteisiin, joissa vaaditaan tunnistusta pidemmillä etäisyyksillä. Näiden matalampitaajuisten laitteiden, kuten QT50R-sarjan, tunnistusetäisyys on 25 m, mikä on tärkeä ominaisuus esimerkiksi liikkuvien koneiden törmäysten välttämisessä. Sarja tarjoaa myös yksi tai kaksi konfiguroitavaa tunnistusvyöhykettä ja 90° x 76° sädekuvion. Sen kuollut alue on 400 mm liikkuville objekteille ja 1000 mm liikkumattomille objekteille.

Eräs QT50R:n merkittävä ominaisuus on, että se voidaan konfiguroida DIP-kytkimillä. Tämä mahdollistaa yksinkertaisen asennuksen kentällä. Jotkin käyttökohteet vaativat kuitenkin sofistikoituneempia konfiguraatioita.

Esimerkiksi Q130R-anturi (kuva 5) on suunniteltu käyttökohteisiin, joissa vaaditaan sofistikoitunutta tunnistuskykyä ja edistyneitä konfigurointimahdollisuuksia. Se toimii taajuudella 24 GHz, sen etäisyys on 40 m, sädekuvio on 90° x 76° tai 24° x 50°, kuollut alue 1000 mm, ja se tunnistaa liikkuvat ja paikallaan olevat objektit tarkasti.

Kuva 5: Q130R-tutka-anturi on suunniteltu käyttökohteisiin, joissa tarvitaan kehittyneitä tunnistusominaisuuksia sekä liikkuvien ja paikallaan olevien objektien tarkkaa havaitsemista. (Kuvan lähde: Banner Engineering)

Kannattaa huomata, että Q130R käyttää PC-pohjaista graafista käyttöliittymää (GUI) monimutkaisiin asetuksiin ja hienosäätöön. Sitä voidaan käyttää esimerkiksi asemointipalautteen antamiseen vilkkaalla ratapihalla. Tässä käyttökohteessa anturi voidaan määrittää jättämään huomiotta taustalla yhdelle raiteelle pysäköidyt junat ja tunnistamaan muut junat, kun ne kulkevat niiden edestä.

Yhteenveto

Tutka-anturit sopivat muita teknologioita paremmin käytettäväksi erilaisissa ulkotiloissa ja haastavissa käyttöympäristöissä. Tutkatekniikan hyötyjen maksimoimiseksi on tärkeää analysoida käyttökohteen vaatimukset ja valita anturi, jolla on muiden ominaisuuksien ohella oikea toimintataajuus ja sädekuvio. Hyvin valitulla tutkalla voidaan toteuttaa monenlaisia haastavia etätunnistussovelluksia.