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來源：Digikey 作者：Kenton Williston 在戶外和工業(yè)應(yīng)用以及其他惡劣環(huán)境中，超聲波傳感器等遙感技術(shù)可能會受到干擾。惡劣天氣、灰塵、碎屑和復(fù)雜的感測環(huán)境，都是可能影響標(biāo)準(zhǔn)傳感器的問題。 雷達傳感器可以應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，在各種環(huán)境條件下探測移動和靜止目標(biāo)。本文討論了雷達在哪些場景下會優(yōu)于其他選擇，并介紹了 Banner Engineering 的幾種雷達傳感器、它們的應(yīng)用，以及選擇傳感器時應(yīng)記住的設(shè)計注意事項。 為什么要使用雷達傳感器？ 在面對雨水、灰塵和其他常見的空氣傳播物質(zhì)時，雷達表現(xiàn)穩(wěn)健，而且在明亮和無照明空間中也同樣有效，不會受到溫度變化和風(fēng)的影響。雷達可以探測具有各種涂層、幾何形狀和顏色的表面，還可以穿透非導(dǎo)電材料，使雷達傳感器能夠探查容器內(nèi)部。 此外，雷達可以在相對較遠的距離上使用，而且抗串?dāng)_能力強，使其在傳感器密集部署的短程應(yīng)用中具有優(yōu)勢。 雷達如何工作 雷達的工作原理是向目標(biāo)物體發(fā)射電磁波并接收反射信號，根據(jù)信號往返時間來確定距離。雷達傳感器主要采用兩種技術(shù)：頻率調(diào)制連續(xù)波 (FMCW) 和相干脈沖雷達 (PCR)。 FMCW 雷達發(fā)射連續(xù)的無線電波，可對移動和靜止目標(biāo)進行不間斷監(jiān)測。PCR 傳感器以脈沖形式發(fā)送無線電波，通常使用低功率發(fā)射器。因此，PCR 傳感器更適合短程應(yīng)用。 工作頻率對探測范圍和材料靈敏度也有很大影響。低頻信號更適合遠程探測，非常適用于金屬和水等介電常數(shù)較高的材料。頻率越高，則精度越高，越適合探測較小的目標(biāo)和更多種類的材料。 波束圖和感應(yīng)區(qū) 雷達傳感器經(jīng)優(yōu)化后，可聚焦于特定的感興趣區(qū)域，跟蹤一個或多個目標(biāo)。關(guān)鍵參數(shù)包括波束圖、感應(yīng)區(qū)和盲區(qū)。 雷達傳感器發(fā)射特定形狀的無線電波，這種形狀由水平和垂直角度所決定。窄波束圖可實現(xiàn)精確的探測和更遠的探測距離，而寬波束圖可覆蓋更大的區(qū)域，并能更好地探測形狀不規(guī)則的目標(biāo)。 許多雷達傳感器支持在其波束圖內(nèi)配置多個感應(yīng)區(qū)。利用此特性可實現(xiàn)更復(fù)雜的探測場景，例如在防碰撞應(yīng)用中為近區(qū)和遠區(qū)設(shè)置不同的參數(shù)。 盲區(qū)是指緊靠傳感器前方的區(qū)域，該區(qū)域中的探測不可靠。傳感器的頻率越高，通常盲區(qū)越短。 確定最優(yōu)雷達傳感器：從基礎(chǔ)開始 選擇雷達傳感器時，有許多因素需要考慮。除了基本工作參數(shù)外，雷達傳感器還有各種影響成本、耐用性和易用性的特性。圖 1 提供了一個流程圖，以 Banner Engineering 的雷達傳感器為例，說明了其中的一些決策點。 
圖 1：說明雷達傳感器選型過程的流程圖。（圖片來源：Banner Engineering） Banner Engineering 的 Q90R 系列是一個很好的入門選擇。這些 FMCW 傳感器的工作頻率為 60 GHz，兼顧了探測距離、精度和材料探測能力。其感應(yīng)范圍為 0.15 m 至 20 m，盲區(qū)為 150 mm，并可配置兩個感應(yīng)區(qū)。 這些傳感器的一個用例是探測卡車何時到達裝卸區(qū)。在本例中，相對較寬的 40° x 40° 波束圖讓用戶可以更容易找到安裝位置，確保裝卸區(qū)始終在視線范圍內(nèi)。 Q90R2-12040-6KDQ（圖 2）在這些功能的基礎(chǔ)上增加了可配置的寬視場（120°x 40°）和跟蹤兩個目標(biāo)的能力，因而能夠應(yīng)對更復(fù)雜的探測場景。
圖 2：Q90R2-12040-6KDQ FMCW 雷達傳感器的工作頻率為 60 GHz，可跟蹤兩個目標(biāo)，并具有可配置的寬視場。（圖片來源：Banner Engineering） 窄波束應(yīng)用的雷達選擇 在某些應(yīng)用中，雷達需要識別較小目標(biāo)。對此，T30R 系列傳感器（圖 3）是很好的選擇。這些傳感器的波束圖為 15° x 15° 或 45° x 45°，工作頻率為 122 GHz，感應(yīng)范圍為 25 m，盲區(qū)為 100 mm，并可配置兩個感應(yīng)區(qū)。 憑借窄波束圖和高工作頻率，該傳感器系列能夠?qū)μ囟▍^(qū)域進行精確探測。例如，這些傳感器可用于監(jiān)測狹窄容器內(nèi)的液位。
圖 3：T30R 系列的工作頻率為 122 GHz，波束寬度為 15° x 15°，可進行精確探測。（圖片來源：Banner Engineering） T30RW 型號采用 IP69K 外殼，適用于高壓、高溫沖洗環(huán)境，如洗車場。其感應(yīng)范圍為 15 m，波束圖為 15° x 15°。 視覺反饋雷達傳感器的選擇 雖然雷達傳感器通常會集成到更大的自動化系統(tǒng)中，但擁有一個一目了然的狀態(tài)指示燈還是很有幫助的。例如，在電動汽車 (EV) 充電站，可視化顯示屏可以幫助駕駛員正確定位車輛。 在此類應(yīng)用中，K50R 系列的內(nèi)置 LED 可發(fā)揮重要作用。 尤其值得一提的是 Pro 型號，如 K50RPF-8060-LDQ（圖 4），其顯示屏色彩豐富、易于解讀。
圖 4：K50RPF-8060-LDQ 采用 LED 提供視覺反饋。（圖片來源：Banner Engineering） K50R 系列的主要規(guī)格包括：工作頻率為 60 GHz，感應(yīng)范圍為 5 m，盲區(qū)為 50 mm，有兩個可配置的感應(yīng)區(qū)，波束圖為 80° x 60° 或 40° x 30°。 遠程雷達傳感器的選擇 對于需要探測更遠距離的應(yīng)用，工作頻率為 24 GHz 的雷達通常是理想選擇。這些較低頻率器件（如 QT50R 系列）的感應(yīng)范圍為 25 m，對于移動設(shè)備防碰撞等應(yīng)用非常有價值。該系列還有一個或兩個可配置感應(yīng)區(qū)，波束圖為 90° x 76°。對于移動目標(biāo)，其盲區(qū)為 400 mm；對于靜止目標(biāo)，其盲區(qū)為 1000 mm。 QT50R 的一個顯著特點是支持通過 DIP 開關(guān)進行配置。這樣就可以在現(xiàn)場進行簡單的設(shè)置。不過，有些應(yīng)用需要更復(fù)雜的配置。 例如，Q130R 傳感器（圖 5）專為需要復(fù)雜探測功能和高級配置選項的應(yīng)用而設(shè)計。其工作頻率為 24 GHz，探測距離為 40 m，波束圖為 90° x 76° 或 24° x 50°，盲區(qū)為 1000 mm，可準(zhǔn)確探測移動和靜止目標(biāo)。
圖 5：Q130R 雷達傳感器專為需要復(fù)雜探測功能的應(yīng)用而設(shè)計，可準(zhǔn)確探測移動和靜止目標(biāo)。（圖片來源：Banner Engineering） 值得一提的是，Q130R 采用了基于 PC 的圖形用戶界面 (GUI) 來支持復(fù)雜的設(shè)置和微調(diào)。例如，其可用于繁忙鐵路貨場中的位置反饋。在此應(yīng)用中，傳感器可配置為忽略停在一條軌道上的背景列車，而識別前方經(jīng)過的其他列車。 結(jié)語 雷達傳感器能夠在各種戶外和惡劣環(huán)境中工作，具有獨特的優(yōu)勢。為了更大限度地發(fā)揮雷達技術(shù)的優(yōu)勢，必須分析應(yīng)用要求，選擇具有正確工作頻率、波束圖及其他規(guī)格的傳感器。有了精心選擇的雷達，許多遙感應(yīng)用難題就能迎刃而解。 |
