เรดาร์สามารถนำมาใช้ในการตรวจจับยานพาหนะและหลีกเลี่ยงการชนในสภาพแวดล้อมที่ท้าทายได้อย่างไร

การตรวจจับการเคลื่อนไหวและเซ็นเซอร์ตรวจวัดตำแหน่งสามารถช่วยหลีกเลี่ยงการชน รับประกันความปลอดภัย และเพิ่มผลผลิตในด้านโลจิสติกส์ การผลิต การทำเหมือง การขนส่ง การเกษตร และอุตสาหกรรมอื่นๆ เซ็นเซอร์สามารถติดตั้งบนยานพาหนะหรือวางไว้ในตำแหน่งที่สำคัญได้

เซ็นเซอร์จะต้องสามารถกำหนดค่า เพื่อให้เหมาะกับความต้องการของการใช้งานเฉพาะ และต้องมีความสามารถในการตรวจจับแบบหลายฟังก์ชัน รวมถึงการตรวจจับวัตถุโดยอิงจากระยะทาง ตำแหน่งเชิงมุม และความเร็ว โดยความสามารถในการตรวจจับเป้าหมายหลายรายการพร้อมกันเป็นสิ่งจำเป็นในสภาพแวดล้อมที่วุ่นวายหรือซับซ้อน

การใช้งานต่าง ๆ เช่น ท่าเทียบรถบรรทุกและการควบคุมความเร็วของรถโฟคลิฟท์ต่างใช้ประโยชน์จากการใช้เทคโนโลยีที่ไม่ได้รับผลกระทบจากสิ่งสกปรก ฝุ่น ลม ฝน และสภาพแวดล้อมอื่น ๆ การปรับแต่งพารามิเตอร์ เช่น ลักษณะของช่องการตรวจจับและเป้าหมายสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้อีกด้วย

บทความนี้เริ่มต้นด้วยการทบทวนความสำคัญของความถี่ในการทำงานบนข้อมูลจำเพาะของเรดาร์หลักหลายรายการ จากนั้นจะดำเนินต่อไปยังการเปรียบเทียบเทคโนโลยีเรดาร์ที่มีอยู่ เช่น Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) และ Pulsed Coherent Radar (PCR), รูปแบบการตรวจจับ, รูปแบบลำแสง และโซนการตรวจจับ โดยต่อไปนี้เป็นการนำเสนอชุดซอฟต์แวร์ที่สามารถเพิ่มความเร็วในการพัฒนาของระบบขั้นสูงโดยใช้เซ็นเซอร์เรดาร์

ปิดท้ายด้วยตัวอย่างการใช้งานของปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้ที่นำมาใช้ในเซ็นเซอร์เรดาร์ ซีรีส์ Q90R จาก Banner Engineering เพื่อให้มีความสามารถในการตรวจจับแบบมัลติฟังก์ชันสำหรับการตรวจจับที่เชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมที่ต้องการความแม่นยำสูง รวมทั้งการตรวจจับการมีอยู่ของรถบรรทุกที่ท่าเทียบและการควบคุมความเร็วของรถโฟคลิฟท์เพื่อความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น

การตรวจจับและการวัดระยะด้วยคลื่นวิทยุ (เรดาร์) เป็นเทคโนโลยีเซนเซอร์แบบแอ็คทีฟที่ปล่อยพลังงาน RF ความถี่สูง พลังงานจะสะท้อนออกจากวัตถุที่ขวางทาง และลักษณะของพลังงานที่สะท้อนออกมาสามารถใช้ตรวจจับวัตถุ ระบุระยะห่าง และในบางกรณี สามารถวัดความเร็วที่วัตถุกำลังเคลื่อนเข้าหาหรือเคลื่อนออกจากเซ็นเซอร์ได้

ความถี่ในการทำงานเป็นคุณลักษณะพื้นฐานที่กำหนดประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์เรดาร์ โดยเซ็นเซอร์เรดาร์อุตสาหกรรมมีความถี่ทำงานที่ 24 GHz, 60 GHz และ 122 GHz ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของย่านความถี่อุตสาหกรรม วิทยาศาสตร์ และการแพทย์ (ISM) และสามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องมีใบอนุญาตพิเศษ

ความถี่ในการทำงานของเซ็นเซอร์เรดาร์มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อข้อมูลจำเพาะหลายประการ รวมถึง:

• ช่วงการทำงาน - เซ็นเซอร์เรดาร์ความถี่ต่ำ เช่น 24 GHz มีระยะการตรวจจับที่ไกลที่สุด
• ความแม่นยำ - เซ็นเซอร์เรดาร์ความถี่สูง เช่น 122 GHz มีความแม่นยำสูงกว่าและสามารถตรวจจับวัตถุที่มีขนาดเล็กได้
• เดดโซน - เดดโซนหรือระยะปิดกั้นของเซ็นเซอร์เรดาร์ เกิดจากเป้าหมายอยู่ใกล้เกินไป โดยทั่วไปแล้วเซนเซอร์ความถี่สูงจะมีเดดโซนที่ต่ำกว่า
• ทนทานต่อสภาพอากาศ - ฟังก์ชันการตรวจจับจะไม่รับผลกระทบจากลม หมอก ไอระเหย และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ โดยทั่วไปเรดาร์จะมีความทนทานต่อการรบกวนจากฝนหรือหิมะ ซึ่งเรดาร์ 24 GHz มีคุณสมบัติที่ดีที่สุดในการหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนจากฝนและหิมะ
• วัสดุเป้าหมาย - แม้ว่าจะต้านทานการรบกวนจากสภาพอากาศได้ดีที่สุด แต่เรดาร์ 24 GHz กลับมีความสามารถในการตรวจจับวัสดุได้จำกัดที่สุด เซ็นเซอร์เรดาร์ 60 GHz หรือ 122 GHz สามารถตรวจจับวัสดุไดอิเล็กตริกสูงและต่ำได้ (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: ความถี่ทำงานของเซ็นเซอร์เรดาร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อความสามารถในการกำหนดวัสดุเป้าหมายโดยพิจารณาจากคุณลักษณะทางไฟฟ้าของวัสดุเหล่านั้น (แหล่งที่มาของภาพ: Banner Engineering)

เหนือกว่าความถี่

ความถี่เป็นคุณลักษณะเฉพาะของเซ็นเซอร์เรดาร์ อย่างไรก็ตาม ข้อกำหนดสำคัญอื่นๆ ยังรวมถึงเทคโนโลยีเรดาร์ เช่น FMCW เทียบกับ PCR รูปแบบการตรวจจับรวมทั้งเซ็นเซอร์แบบปรับได้เทียบกับแบบสะท้อนกลับ และระยะการมองเห็น ลักษณะช่องตรวจจับ และจุดตั้งค่าเป้าหมาย

FMCW ส่งสัญญาณต่อเนื่องที่ได้รับการมอดูเลตและเพิ่มหรือลดความถี่ในแบนด์วิดท์คงที่ เรดาร์จะทราบเวลาที่สัญญาณใช้ในการสะท้อนออกจากเป้าหมายและกลับมา โดยการวัดความถี่ของสัญญาณที่สะท้อน โดยข้อมูลเวลารับและส่งสัญญาณ (ToF) นั้นจะกำหนดระยะเป้าหมาย

ข้อดีบางประการของ FMCW ได้แก่ การวัดระยะและความเร็วพร้อมกันโดยไม่จำเป็นต้องใช้เสาอากาศหรือพัลส์แยกต่างหาก ความละเอียดระยะที่เหนือกว่า ความสามารถในการแยกแยะระหว่างเป้าหมายที่อยู่ใกล้กัน และความแม่นยำที่สูงขึ้นในสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย

เรดาร์ PCR จะส่งพัลส์ ปิดเครื่องส่งสัญญาณ รอให้สัญญาณสะท้อนจากเป้าหมาย จากนั้นเปิดเครื่องส่งสัญญาณอีกครั้งเพื่อส่งพัลส์ใหม่และดำเนินรอบต่อไป เช่นเดียวกับ FMCW การวิเคราะห์ ToF ใช้เพื่อกำหนดระยะและความเร็วของเป้าหมาย การใช้พัลส์หมายความว่าเรดาร์ PCR ใช้พลังงานน้อยกว่า FMCW มักนิยมใช้ PCR ในระบบที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ และเหมาะสำหรับการใช้งานระยะสั้นที่ใช้พลังงานต่ำ

เซ็นเซอร์ฟิลด์ปรับได้เทียบกับเซ็นเซอร์สะท้อนแสง

เรดาร์สนามปรับได้ตรวจจับวัตถุโดยการตรวจจับคลื่น RF ที่สะท้อนออกมา เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับวัตถุที่มีหน้าตัดเรดาร์ขนาดใหญ่ซึ่งสะท้อนพลังงาน RF จำนวนมาก วัตถุที่มีพื้นผิวเป็นโลหะขนาดใหญ่ โดยเฉพาะพื้นผิวที่ตั้งฉากกับลำแสงเรดาร์ โดยทั่วไปจะมีหน้าตัดเรดาร์ขนาดใหญ่

เซ็นเซอร์ฟิลด์เรดาร์ปรับได้สามารถกำหนดระยะทางจุดตั้งค่าได้ เซ็นเซอร์ใช้การคำนวณ ToF เพื่อกำหนดระยะเป้าหมายและส่งสัญญาณเฉพาะการมีอยู่ของเป้าหมายภายในระยะห่างที่กำหนดเท่านั้น

เซ็นเซอร์เรดาร์แบบสะท้อนกลับจะต้องอาศัยการมีเป้าหมายอ้างอิงที่สะท้อนแสง เช่น กำแพง ตรวจจับวัตถุโดยการระบุการหยุดชะงักในสัญญาณตอบกลับจากเป้าหมายอ้างอิง เซ็นเซอร์เรดาร์เหล่านี้สามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อตรวจจับวัตถุได้แม้ว่าจะไม่มีหน้าตัดเรดาร์ขนาดใหญ่ก็ตาม

เซ็นเซอร์เรดาร์ FMCW ความถี่ 60 GHz

เซ็นเซอร์ฟิลด์เรดาร์แบบปรับได้ FMCW ซีรีส์ Q90R ทำงานที่ความถี่ 60 GHz และให้ประสิทธิภาพที่สมดุลในแง่ของความแม่นยำ ระยะ และความสามารถในการตรวจจับวัสดุ นอกจากนี้ ยังมีระดับการป้องกัน IP69K และเหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่ต้องการความแม่นยำสูง (รูปที่ 2) มีให้เลือกใช้ทั้งขนาดมุมมอง 120° x 40° หรือ 40° x 40° สามารถปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ระยะและการตรวจจับวัตถุที่ใกล้ที่สุดหรือแข็งแกร่งที่สุดได้ตามข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ

รูปที่ 2: เซ็นเซอร์ฟิลด์เรดาร์ปรับได้FMCW ซีรีย์ Q90R ทำงานที่ความถี่ 60 GHz และมาในแพ็คเกจ IP69K ที่ทนทาน (แหล่งที่มาของภาพ: DigiKey)

Q90R2-12040-6KDQ มีมุมมอง 120° x 40° ที่กำหนดค่าได้สูง ซึ่งแยกออกเป็นโซนการตรวจจับอิสระได้ และช่วยให้สามารถตรวจจับตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ (รูปที่ 3) ความสามารถในการตรวจจับหลายมิติสามารถรองรับการตรวจจับวัตถุอัจฉริยะมากขึ้น โดยอิงจากระยะทาง ตำแหน่งรัศมี และเกณฑ์ความเร็ว เช่นเดียวกับรุ่นอื่น ๆ ในตระกูลเซ็นเซอร์เรดาร์ Q90R เซ็นเซอร์นี้มีระยะตั้งแต่ 0.15 ถึง 20 ม. นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกการเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่น รวมถึง IO-Link และเทคโนโลยีการมอดูเลตความถี่พัลส์ (PFM) Pulse Pro ของ Banner

รูปที่ 3: เซ็นเซอร์เรดาร์ Q90R2 มีมุมมองที่ปรับแต่งได้และกว้าง 120° x 40° (แหล่งที่มาของภาพ: Banner Engineering)

ซอฟต์แวร์ปลดล็อคประสิทธิภาพ

คุณสมบัติอันทรงพลังของเซ็นเซอร์เรดาร์ Q90R และ Q90R2 สามารถปลดล็อคได้โดยใช้ซอฟต์แวร์ Measurement Sensor Software ของ Banner โดยอินเทอร์เฟซผู้ใช้แบบกราฟิก (GUI) ที่ช่วยให้ผู้ออกแบบสามารถกำหนดค่าและแสดงภาพข้อมูลจากเซ็นเซอร์ได้

ซอฟต์แวร์นี้แสดงกราฟิกที่แสดงสิ่งที่เซ็นเซอร์มองเห็น ซึ่งมีประโยชน์สำหรับเซ็นเซอร์ที่ไม่มีลำแสงที่มองเห็นได้ เช่น เซ็นเซอร์เรดาร์ ผู้ใช้สามารถปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์เซ็นเซอร์ เช่น ความเร็วในการตอบสนอง การกำหนดค่าเอาต์พุต และตัวเลือกการกรอง

มุมมองภาพ 120° x 40° ของ Q90R2 สามารถกำหนดค่าได้หลากหลาย และช่วยให้กำหนดตำแหน่งและควบคุมได้อย่างแม่นยำ นักออกแบบสามารถใช้ซอฟต์แวร์ของ Banner เพื่อปรับแต่งพารามิเตอร์การตรวจจับขั้นสูง เช่น ลักษณะช่องการวัดของแต่ละการใช้งานและจุดตั้งค่าเป้าหมาย (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: ซอฟต์แวร์ Measurement Sensor Software ของ Banner ช่วยให้นักออกแบบสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระยะการมองเห็น (ด้านบน) และลักษณะช่องการวัดและจุดเป้าหมาย (ด้านล่าง) (แหล่งที่มาภาพ: Banner Engineering)

การตรวจจับยานพาหนะที่ท่าเทียบรถบรรทุก

การตรวจจับรถบรรทุกที่ท่าเทียบโดยอัตโนมัติและแม่นยำถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อรองรับประสิทธิภาพการผลิตและความปลอดภัย และเป็นไปตามมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม โซลูชันแบบดั้งเดิมของกริ่งหรือไฟแสดงสถานะมักไม่เหมาะสม เนื่องจากท่าเทียบอาจอยู่ในสถานที่ที่มีเสียงดังจนไม่สามารถได้ยินเสียงกริ่งได้ นอกจากนี้ การมีไฟส่องสว่างด้านบนและไฟเครื่องจักร และไฟกะพริบบนรถโฟคลิฟท์อาจทำให้มองข้ามไฟแสดงสถานะได้ง่าย แม้กระทั่งไฟกะพริบก็ตาม

โซลูชันเซ็นเซอร์อัตโนมัติเป็นสิ่งที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม รถบรรทุกมีหลายขนาด ทำจากวัสดุหลากหลาย และอาจมีสีและพื้นผิวที่หลากหลาย ความท้าทายเหล่านี้ รวมถึงความคลุมเครือของเงื่อนไขสภาพแวดล้อมโดยรอบ เช่น เสียง ฝุ่น ฝน หรือหิมะ ทำให้การนำโซลูชันที่เชื่อถือได้ซึ่งใช้เซ็นเซอร์แบบโฟโตอิเล็กทริกหรืออัลตราโซนิกมาใช้เป็นเรื่องท้าทาย

เซ็นเซอร์เรดาร์เช่น Q90R2 มักเป็นตัวเลือกที่ต้องการ เซ็นเซอร์เหล่านั้นละเลยเงื่อนไขสภาพแวดล้อมโดยรอบ มีตัวเรือนที่มีระดับการป้องกัน IP67/IP69K จึงเหมาะกับการใช้งานในสภาวะฝนตกหนัก และสภาพแวดล้อมที่ท้าทายอื่นๆ และมีช่วงอุณหภูมิในการทำงานที่กว้างตั้งแต่ -40°C ถึง +65°C ซึ่งสามารถตรวจจับมีอยู่ของรถบรรทุกได้อย่างน่าเชื่อถือโดยไม่คำนึงถึงวัสดุและสี พื้นผิว หรือการสะท้อนแสง

โซนการตรวจจับอิสระและกำหนดค่าได้และรูปแบบลำแสง 120° x 40° ของ Q90R2 ช่วยให้เซ็นเซอร์ตัวหนึ่งสามารถทำงานของเซ็นเซอร์สองตัวและตรวจจับการปรากฏตัวของรถบรรทุกที่ท่าเทียบเรือที่อยู่ติดกันสองแห่งได้ (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: รูปแบบลำแสง 120° x 40° ของเซ็นเซอร์เรดาร์ Q90R2 หมายถึงเซ็นเซอร์ตัวเดียวสามารถตรวจสอบท่าเทียบรถบรรทุก 2 แห่งได้ (แหล่งที่มาของภาพ: Banner Engineering)

การควบคุมความเร็วและความปลอดภัยของรถโฟคลิฟท์

นอกจากการตรวจจับยานพาหนะแล้ว เซ็นเซอร์เรดาร์ยังสามารถติดตั้งบนยานพาหนะ เช่น รถโฟคลิฟท์ เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมโดยรอบเพื่อเพิ่มความปลอดภัย ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์เรดาร์ Q90R2 สามารถติดตั้งที่ด้านหลังหรือด้านข้างของรถโฟคลิฟท์และกำหนดค่าด้วยโซนต่างๆ ในระยะทางที่แตกต่างกัน

รูปแบบลำแสงกว้าง 120° x 40° ของ Q90R2 ทำให้เหมาะเป็นอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบวัตถุรอบๆ ที่อาจกำลังเคลื่อนไหว นอกจากนี้ Q90R2 ยังให้ข้อมูลระยะทางรัศมี ตำแหน่งเชิงมุม และการตอบสนองความเร็วเป้าหมายอีกด้วย เมื่ออันตรายใกล้เข้ามา ผู้ขับรถโฟคลิฟท์จะได้รับการแจ้งเตือน สามารถจำกัดความเร็วของรถโฟคลิฟท์โดยอัตโนมัติ หรือหยุดรถโฟคลิฟท์ได้

ในกรณีที่มีการใช้รถโฟคลิฟท์ในร่มและกลางแจ้ง สามารถติดตั้งเซ็นเซอร์เรดาร์ Q90R ที่มีรูปแบบลำแสง 40° x 40° บนหลังคาเพื่อตรวจจับการมีหรือไม่มีเพดานได้ เมื่อรถโฟคลิฟท์อยู่กลางแจ้งและไม่พบเพดาน เครื่องจักรก็จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงสุดที่อนุญาตได้ เมื่อรถยกเคลื่อนที่ในอาคารและมีเพดาน ความเร็วสูงสุดจะลดลงโดยอัตโนมัติเพื่อเพิ่มความปลอดภัยและป้องกันความเสียหาย (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: เซ็นเซอร์เรดาร์สามารถใช้ตรวจสอบบุคคลหรือวัตถุรอบๆ รถโฟคลิฟท์ รวมถึงการมีหรือไม่มีเพดาน (แหล่งที่มาของภาพ: Banner Engineering)

ซีรีส์ Q90R มีให้เลือกหลายรุ่นตามความต้องการของระบบ โดยมีการกำหนดค่าเอาต์พุตที่แตกต่างกัน ได้แก่:

• Q90R-4040-6KDQ พร้อมด้วย NPN/PNP แบบแยกสองชุด PFM และเอาต์พุต IO-Link
• Q90R-4040-6KIQ ด้วยกระแสแอนะล็อก (4 ถึง 20 mA), 1 NPN/PNP แบบแยกส่วน และเอาท์พุต IO-Link
• Q90R-4040-6KUQ ด้วยแรงดันไฟแอนะล็อก (0 ถึง 10 V หรือ 0.5 ถึง 4.5 V), 1 NPN/PNP แบบแยกส่วน และเอาท์พุต IO-Link

สรุป

เซ็นเซอร์เรดาร์ซีรีส์ Q90R มีความอเนกประสงค์สูง ความถี่ในการทำงาน 60 GHz ช่วยให้สามารถตรวจจับวัสดุต่างๆ ได้ ด้วยระยะการทำงานสูงสุด 20 ม. และรูปแบบลำแสงที่สามารถกำหนดค่าได้ เรดาร์ FMCW เหล่านี้จึงสามารถรองรับการใช้งานที่หลากหลาย มีตัวเลือกเอาต์พุตหลายแบบเพื่อรองรับความต้องการของระบบที่แตกต่างกัน และสามารถติดตั้งบนยานพาหนะ เช่น รถโฟคลิฟท์ หรือวางไว้ในตำแหน่งคงที่เชิงกลยุทธ์ เช่น ติดกับท่าเทียบรถ ในที่สุด นักออกแบบสามารถหันมาใช้ซอฟต์แวร์ Measurement Sensor Software ของ Banner เพื่อเร่งความเร็วในการออกแบบและปรับใช้ระบบ