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來源：Digikey 作者：Kenton Williston 在戶外和工業應用以及其他惡劣環境中，超聲波傳感器等遙感技術可能會受到干擾。惡劣天氣、灰塵、碎屑和復雜的感測環境，都是可能影響標準傳感器的問題。 雷達傳感器可以應對這些挑戰，在各種環境條件下探測移動和靜止目標。本文討論了雷達在哪些場景下會優于其他選擇，并介紹了 Banner Engineering 的幾種雷達傳感器、它們的應用，以及選擇傳感器時應記住的設計注意事項。 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時，雷達表現穩健，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，還可以穿透非導電材料，使雷達傳感器能夠探查容器內部。 此外，雷達可以在相對較遠的距離上使用，而且抗串擾能力強，使其在傳感器密集部署的短程應用中具有優勢。 雷達如何工作 雷達的工作原理是向目標物體發射電磁波并接收反射信號，根據信號往返時間來確定距離。雷達傳感器主要采用兩種技術：頻率調制連續波 (FMCW) 和相干脈沖雷達 (PCR)。 FMCW 雷達發射連續的無線電波，可對移動和靜止目標進行不間斷監測。PCR 傳感器以脈沖形式發送無線電波，通常使用低功率發射器。因此，PCR 傳感器更適合短程應用。 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較高的材料。頻率越高，則精度越高，越適合探測較小的目標和更多種類的材料。 波束圖和感應區 雷達傳感器經優化后，可聚焦于特定的感興趣區域，跟蹤一個或多個目標。關鍵參數包括波束圖、感應區和盲區。 雷達傳感器發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域，并能更好地探測形狀不規則的目標。 許多雷達傳感器支持在其波束圖內配置多個感應區。利用此特性可實現更復雜的探測場景，例如在防碰撞應用中為近區和遠區設置不同的參數。 盲區是指緊靠傳感器前方的區域，該區域中的探測不可靠。傳感器的頻率越高，通常盲區越短。 確定最優雷達傳感器：從基礎開始 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。其感應范圍為 0.15 m 至 20 m，盲區為 150 mm，并可配置兩個感應區。 這些傳感器的一個用例是探測卡車何時到達裝卸區。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，確保裝卸區始終在視線范圍內。 Q90R2-12040-6KDQ（圖 2）在這些功能的基礎上增加了可配置的寬視場（120°x 40°）和跟蹤兩個目標的能力，因而能夠應對更復雜的探測場景。
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，并具有可配置的寬視場。（圖片來源：Banner Engineering） 窄波束應用的雷達選擇 在某些應用中，雷達需要識別較小目標。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，感應范圍為 25 m，盲區為 100 mm，并可配置兩個感應區。 憑借窄波束圖和高工作頻率，該傳感器系列能夠對特定區域進行精確探測。例如，這些傳感器可用于監測狹窄容器內的液位。
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、高溫沖洗環境，如洗車場。其感應范圍為 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中，但擁有一個一目了然的狀態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。 在此類應用中，K50R 系列的內置 LED 可發揮重要作用。 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 系列的主要規格包括：工作頻率為 60 GHz，感應范圍為 5 m，盲區為 50 mm，有兩個可配置的感應區，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）的感應范圍為 25 m，對于移動設備防碰撞等應用非常有價值。該系列還有一個或兩個可配置感應區，波束圖為 90° x 76°。對于移動目標，其盲區為 400 mm；對于靜止目標，其盲區為 1000 mm。 QT50R 的一個顯著特點是支持通過 DIP 開關進行配置。這樣就可以在現場進行簡單的設置。不過，有些應用需要更復雜的配置。 例如，Q130R 傳感器（圖 5）專為需要復雜探測功能和高級配置選項的應用而設計。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°，盲區為 1000 mm，可準確探測移動和靜止目標。
圖 5：Q130R 雷達傳感器專為需要復雜探測功能的應用而設計，可準確探測移動和靜止目標。（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) 來支持復雜的設置和微調。例如，其可用于繁忙鐵路貨場中的位置反饋。在此應用中，傳感器可配置為忽略停在一條軌道上的背景列車，而識別前方經過的其他列車。 結語 雷達傳感器能夠在各種戶外和惡劣環境中工作，具有獨特的優勢。為了更大限度地發揮雷達技術的優勢，必須分析應用要求，選擇具有正確工作頻率、波束圖及其他規格的傳感器。有了精心選擇的雷達，許多遙感應用難題就能迎刃而解。 |
