Como selecionar e pôr em prática o radar para sensoriamento em ambientes severos

As aplicações industriais e ao ar livre e outros ambientes difíceis apresentam condições que podem interferir nas tecnologias de sensoriamento remoto, como os sensores ultrassônicos. Clima inclemente, poeira e detritos e ambientes de detecção complexos são alguns dos problemas que podem afetar os sensores padrão.

Os sensores de radar podem enfrentar esses desafios, detectando alvos móveis e estacionários em várias condições ambientais. Este artigo analisa os cenários em que o radar pode superar as opções alternativas. Ele examina vários tipos de sensores de radar da Banner Engineering, suas aplicações e considerações de projeto a serem lembradas ao selecionar um sensor.

Por que usar sensores de radar?

O radar é resistente à chuva, à poeira e a outras substâncias comuns transportadas pelo ar, funciona igualmente bem em espaços claros e sem iluminação e não é afetado pelas variações de temperatura e pelo vento. Ele pode detectar superfícies com uma ampla variedade de acabamentos, geometrias e cores, além de penetrar em materiais não condutores, permitindo que os sensores de radar observem o interior dos contêineres.

Além disso, o radar pode ser usado em distâncias relativamente longas e, ao mesmo tempo, é resistente à diafonia, o que lhe confere vantagens em aplicações de curto alcance em que os sensores estão muito próximos.

Como funciona o radar

O radar funciona por meio do rebatimento de ondas eletromagnéticas em objetos-alvo, determinando a distância com base no tempo que o sinal leva para retornar. Os sensores de radar usam duas tecnologias principais: onda contínua modulada por frequência (FMCW) e radar coerente pulsado (PCR).

O radar FMCW emite um fluxo constante de ondas de rádio, permitindo o monitoramento ininterrupto de objetos em movimento e estacionários. Os sensores PCR enviam ondas de rádio em pulsos, normalmente usando transmissores de baixa potência. Isso torna os sensores PCR mais adequados para aplicações de curto alcance.

O alcance e a sensibilidade do material também são fortemente influenciados pela frequência de operação. As frequências mais baixas são melhores para a detecção de longo alcance e funcionam bem com materiais que têm altas constantes dielétricas, como metais e água. As frequências mais altas oferecem maior precisão e são mais adequadas para detectar objetos menores e uma variedade maior de materiais.

Padrões de feixe e zonas de detecção

Os sensores de radar podem ser otimizados para focar em áreas específicas de interesse e rastrear um ou vários objetos. Os principais parâmetros incluem o padrão do feixe, as zonas de detecção e as zonas mortas.

Os sensores de radar emitem ondas de rádio em um padrão específico, definido por ângulos horizontais e verticais. Os padrões de feixe estreito oferecem detecção precisa e maior alcance, enquanto os padrões de feixe largo cobrem áreas maiores e detectam melhor os objetos de formato irregular.

Muitos sensores de radar permitem a configuração de várias zonas de detecção em seu padrão de feixe. Esse recurso permite cenários de detecção mais complexos, como a definição de parâmetros diferentes para zonas próximas e distantes em aplicações de prevenção de colisões.

A zona morta é a área imediatamente em frente ao sensor onde a detecção não é confiável. Os sensores de frequência mais alta geralmente têm zonas mortas mais curtas.

Identificação do sensor de radar ideal: comece com o básico

Há vários fatores a serem considerados ao selecionar um sensor de radar. Além dos parâmetros operacionais básicos, os sensores de radar têm vários recursos que afetam seu custo, sua durabilidade e facilidade de uso. A Figura 1 apresenta um fluxograma que ilustra alguns desses pontos de decisão usando sensores de radar da Banner Engineering como exemplos.

Figura 1: É mostrado um fluxograma que ilustra o processo de escolha de um sensor de radar. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

A série Q90R da Banner Engineering é um ponto de partida útil. Esses sensores FMCW operam a 60 gigahertz (GHz) para contrabalancear o alcance, a precisão e os recursos de detecção de materiais. Eles têm um alcance de detecção de 0,15 metros (m) a 20 m, uma zona morta de 150 milímetros (mm) e duas zonas de detecção configuráveis.

Um exemplo de caso de uso para esses sensores é a detecção da chegada de caminhões a uma doca de carga. Aqui, o padrão de feixe relativamente amplo de 40° x 40° facilita a localização de uma área de montagem que mantenha a doca à vista.

O Q90R2-12040-6KDQ (Figura 2) se baseia nesses recursos com um campo de visão amplo e configurável (120? x 40?) e a capacidade de rastrear dois alvos, o que lhes permite lidar com cenários de detecção mais complexos.

Figura 2: O sensor de radar FMCW Q90R2-12040-6KDQ opera a 60 GHz, pode rastrear dois alvos e tem um campo de visão amplo e configurável. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Seleção de radar para aplicações de feixe estreito

Em algumas aplicações, o radar precisa detectar um alvo pequeno. Nesse caso, um sensor da série T30R (Figura 3) é uma boa opção. Os sensores têm um padrão de feixe de 15° x 15° ou 45° x 45°, uma frequência operacional de 122 GHz, um alcance de detecção de 25 m, uma zona morta de 100 mm e duas zonas de detecção configuráveis.

Com seu padrão de feixe estreito e alta frequência de operação, essa família de sensores oferece detecção precisa em áreas específicas. Por exemplo, eles podem ser usados para monitorar os níveis dentro de contêineres estreitos.

Figura 3: A série T30R opera a 122 GHz, tem um feixe de 15° x 15° e oferece detecção precisa. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

A versão T30RW vem em um invólucro IP69K adequado para ambientes de lavagem de alta pressão e alta temperatura, como lavagens de carros. Tem um alcance de detecção de 15 m e um padrão de feixe de 15° x 15°.

Seleção de um sensor de radar para resposta visual

Embora os sensores de radar normalmente se integrem a sistemas de automação maiores, ter um indicador de status imediato pode ser útil. Em uma estação de recarga de veículos elétricos (EV), por exemplo, uma tela visual pode ajudar os motoristas a posicionar corretamente seus veículos.

Para aplicações como essas, os LEDs embutidos da série K50R desempenham um papel valioso.

Os modelos Pro, como o K50RPF-8060-LDQ (Figura 4), são particularmente notáveis e oferecem uma tela colorida e fácil de interpretar.

Figura 4: O K50RPF-8060-LDQ incorpora LEDs para resposta visual. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

As principais especificações da série K50R incluem uma frequência operacional de 60 GHz, um alcance de detecção de 5 m, uma zona morta de 50 mm, duas zonas de detecção configuráveis e padrões de feixe de 80° x 60° ou 40° x 30°.

Seleção de um sensor de radar de longo alcance

Para aplicações que exigem sensoriamento em distâncias maiores, o radar operando a 24 GHz costuma ser a melhor opção. Esses dispositivos de frequência mais baixa, como a série QT50R, têm um alcance de detecção de 25 m, o que é valioso para aplicações como prevenção de colisões em equipamentos móveis. A série também tem uma ou duas zonas de detecção configuráveis e um padrão de feixe de 90° x 76°. Sua zona morta mede 400 mm para objetos em movimento e 1000 mm para objetos parados.

Um recurso notável do QT50R é sua capacidade de ser configurado por meio de chaves DIP. Isso permite uma configuração simples no campo. No entanto, algumas aplicações exigem configurações mais sofisticadas.

Por exemplo, o sensor Q130R (Figura 5) foi projetado para aplicações que exigem recursos sofisticados de detecção e opções avançadas de configuração. Ele opera a 24 GHz, tem um alcance de 40 m, um padrão de feixe de 90° x 76° ou 24° x 50°, uma zona morta de 1000 mm e fornece detecção precisa de objetos em movimento e parados.

Figura 5: O sensor de radar Q130R foi projetado para aplicações que exigem recursos de detecção sofisticados e oferece detecção precisa de objetos em movimento e parados. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Notavelmente, o Q130R emprega uma interface gráfica do usuário (GUI) baseada em PC para configuração complexa e ajuste fino. Por exemplo, ele pode ser usado para resposta de posicionamento em um pátio ferroviário movimentado. Nessa aplicação, o sensor pode ser configurado para ignorar os trens estacionados em segundo plano em um trilho e, ao mesmo tempo, reconhecer outros trens quando eles passam na frente.

Conclusão

Os sensores de radar têm a capacidade exclusiva de operar em uma ampla variedade de ambientes ao ar livre e severos. Para maximizar os benefícios da tecnologia de radar, é essencial analisar os requisitos da aplicação e selecionar um sensor com a frequência de operação e o padrão de feixe corretos, entre outras especificações. Com um radar bem escolhido, muitas aplicações desafiadoras de sensoriamento remoto podem ser abordadas.