Automatyka mikrofalowa

Fot. 1. Tysiące czujników R-Gage zastosowano w aplikacji kontroli miejsca parkingowego stacji zasilania pojazdów elektrycznych

W 1886 roku Heinrich Hertz odkrył, że fala elektromagnetyczna odbija się od metalowych przedmiotów. Odkrycie zostało zapomniane aż do roku 1904, kiedy to inżynier Christian Hülsmeyer wykorzystał je po raz pierwszy do detekcji statku.

Skrót "radar" pochodzi od zwrotu "Radio Detection and Ranging". Przez długi czas radary i ich aplikacje były zarezerwowane dla przemysłu zbrojeniowego i służb meteorologicznych. Jednakże nowe technologie radarowe umożliwiły zastosowanie tych rozwiązań na zupełnie innym polu. W szczególności technologia UWB oraz możliwości produkcji kompaktowych i względnie tanich radarów spowodowały zwiększenie liczby ich zastosowań.

Fot. 2. Czujniki radarowe R-Gage QT50R z tubą skupiają wiązkę radarową

UWB to technologia modulacji częstotliwości radiowych polegająca na emisji impulsów o bardzo krótkim czasie trwania (często mniej niż 1 ns) i szerokim paśmie. Rozwiązanie to zostało wymyślone już w latach sześćdziesiątych, jednakże jego zastosowanie długo (aż do roku 2000) było ograniczone jedynie do aplikacji militarnych.

Promieniowanie radarowe należy do zakresu od 3 do 300 GHz, przy czym częstotliwości od 3 do 30 GHz noszą nazwę pasma SHF (Super High Frequency), natomiast od 30 do 300 GHz to tzw. pasmo EHF (Extremely High Frequency). W oparciu o prędkość rozchodzenia się fali w próżni, jej długość dla pasma SHF wynosi 1 do 10 cm, a dla zakresu EHF - 1 do 10 mm. Fale te mieszczą się w paśmie mikrofal i reprezentują dwie technologie radarowe: impulsową i fal ciągłych.

RADAR FAL CIĄGŁYCH

Fot. 3. Czujniki radarowe R-Gage w aplikacji kontroli obecności posiągu w tunelu

W przeciwieństwie do radarów impulsowych wykonania opierające się na technologii fal ciągłych nie dostarczają informacji na temat pozycji obiektu, np. nie są w stanie wprost określić odległości do wykrytego samolotu lub statku. Są one stosowane do detekcji poruszających się, i dobrze odbijających fale, obiektów (również dielektrycznych).

Najpopularniejszym rozwiązaniem opierającym się na tej technologii jest radar Dopplera stosowany do określania prędkości pojazdów. W tym celu oblicza on przesunięcie w fazie między wyemitowaną a odbitą falą. Ta bardzo prosta technika pomiarowa jest stosowana np. do wykrywania poruszających się obiektów w pobliżu automatycznych wjazdów do magazynów. Czujniki radarowe wykrywają jadące wózki widłowe lub pojazdy automatyczne i otwierają bramę. Wadą tego rozwiązania jest fakt, że czujniki takie nie widzą obiektów stacjonarnych ze względu na brak przesunięcia w fazie.

Nowsze radary opierające się o tę technologię nie mają już tej wady. Radary FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) ciągle zmieniają częstotliwość w ramach wąskiego pasma. W ten sposób symulują przesunięcie w fazie i wykrywają również obiekty stacjonarne. Technologia ta jest już stosowana w przemyśle motoryzacyjnym w systemie ACC, który dba o zachowanie bezpiecznej odległości od poprzedzającego pojazdu. W razie potrzeby system może ostrzegać lub nawet załączać samodzielnie hamulec bezpieczeństwa.

RADAR 24 GHZ W APLIKACJACH PRZEMYSŁOWYCH I TRANSPORTOWYCH

Fot. 4. Czujniki R-Gage doskonale sprawdzają się w systemach antykolizyjnych dźwigów

Czujniki radarowe w automatyce przemysłowej stosowano dotychczas bardzo rzadko. Rozwiązania pracujące w zakresie 76-77 GHz były za duże i za drogie. Około 5 lat temu partner firmy Turck, firma Banner Engineering, zaprojektowała pierwszy czujnik radarowy R-Gage operujący na częstotliwości 24 GHz. Kompaktowe urządzenie było niedrogie i przeznaczone do zastosowań wewnątrz oraz na zewnątrz.

Czujnik radarowy w technologii FCMW jest oferowany przez firmę Turck do aplikacji przemysłowych, logistycznych i systemów zarządzania ruchem pojazdów. Ostatni produkt serii R-Gage cechuje się zasięgiem 40 m i dedykowany jest do systemów antykolizyjnych dźwigów portowych. Dzięki zastosowaniu dodatkowej tuby adaptera zawężającego szerokość wiązki czujnik może z dużej odległości wykrywać stosunkowo niewielkie obiekty. Ponadto optymalizacja stref martwych pozwoliła na uzyskanie ostatecznego produktu, który równie dobrze radzi sobie na bliskich i dalekich zasięgach. Dostępne są też wykonania z dwoma wyjściami, które mogą pracować np. w funkcji pola ostrzegawczego i chronionego.

Jednym z zastosowań może być aplikacja na wózkach widłowych w celu wykrywania niskich stropów. Dzięki temu czujnik zapobiega kolizji wózka widłowego z dachem magazynu.

Innymi aplikacjami są m.in. detekcja przyczep czy wykrywanie pojazdów w punkcie opłat. Szczególnie interesującym zastosowaniem jest wykorzystanie czujników R-Gage do wykrywania pojazdów przy stacjach ładowania pojazdów elektrycznych zainstalowanych na ulicach Paryża. Interesujące jest to, że czujnik jest schowany za zupełnie nie ingerującą w proces kontroli osłoną z tworzywa sztucznego.

ZALETA: WYSOKA NIEZAWODNOŚĆ

Podstawową zaletą czujników radarowych w porównaniu z innymi czujnikami charakteryzującymi się dużym zasięgiem (ultradźwiękowe lub optyczne) jest niewrażliwość na zabrudzenia oraz - w porównaniu z rozwiązaniami ultradźwiękowymi - ruchy powietrza (np. wiatr). Na tym polu czujniki R-Gage są lepsze niż tradycyjne rozwiązania oparte o ultradźwięki czy światło.

Turck
www.turck.pl