วิธีการเลือกและใช้เรดาร์ในการตรวจจับในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

การใช้งานกลางแจ้งและในอุตสาหกรรม รวมถึงสภาพแวดล้อมอื่น ๆ ที่มีเงื่อนไขที่อาจรบกวนเทคโนโลยีการรับรู้ระยะไกล เช่น เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก โดยสภาพอากาศที่เลวร้าย ฝุ่นและเศษซาก และสภาพแวดล้อมการตรวจจับที่ซับซ้อนเป็นปัญหาบางประการที่อาจส่งผลกระทบต่อเซ็นเซอร์มาตรฐาน

เซ็นเซอร์เรดาร์สามารถรับมือกับความท้าทายเหล่านี้ได้ด้วยการตรวจจับเป้าหมายที่เคลื่อนที่และอยู่นิ่งในสภาพแวดล้อมต่าง ๆ บทความนี้จะทบทวนสถานการณ์ที่เรดาร์สามารถทำงานได้ดีกว่าทางเลือกอื่นๆ ตรวจสอบเซ็นเซอร์เรดาร์หลายประเภทจาก Banner Engineering การใช้งานและข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่ต้องคำนึงเมื่อเลือกเซ็นเซอร์

เหตุใดจึงต้องใช้เซ็นเซอร์เรดาร์

เรดาร์มีความทนทานต่อการเผชิญฝน ฝุ่น และสารทั่วไปในอากาศอื่นๆ ทำงานได้ดีในพื้นที่สว่างและไม่มีแสงสว่าง และไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและลม สามารถตรวจจับพื้นผิวที่มีการตกแต่ง รูปทรง และสีสันต่างๆ ได้หลากหลาย และยังสามารถทะลุวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าได้ ช่วยให้เซ็นเซอร์เรดาร์สามารถมองเข้าไปในภาชนะได้

นอกจากนี้ เรดาร์ยังสามารถใช้งานในระยะทางที่ค่อนข้างไกลได้ในขณะเดียวกันก็ทนทานต่อสัญญาณแทรกข้าม จึงมีข้อได้เปรียบในการใช้งานระยะสั้นที่มีเซ็นเซอร์อยู่ในบริเวณใกล้เคียง

เรดาร์ทำงานอย่างไร

เรดาร์ทำงานโดยการสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกจากวัตถุเป้าหมาย โดยกำหนดระยะทางตามเวลาที่สัญญาณใช้ในการส่งกลับมา เซ็นเซอร์เรดาร์ใช้เทคโนโลยีหลักสองอย่าง ได้แก่ คลื่นต่อเนื่องที่ปรับความถี่ (FMCW) และเรดาร์พัลส์โคฮีเร้นท์ (PCR)

เซ็นเซอร์เรดาร์แบบ FMCW ปล่อยคลื่นวิทยุอย่างต่อเนื่อง ช่วยให้สามารถตรวจสอบวัตถุที่เคลื่อนที่หรือหยุดนิ่งได้อย่างต่อเนื่อง เซ็นเซอร์แบบ PCR จะส่งคลื่นวิทยุเป็นพัลส์ โดยทั่วไปจะใช้เครื่องส่งสัญญาณพลังงานต่ำ ซึ่งทำให้เซ็นเซอร์ PCR เหมาะกับการใช้งานระยะสั้นมากขึ้น

ช่วงและความไวของวัสดุยังได้รับอิทธิพลอย่างมากจากความถี่ในการทำงาน ความถี่ที่ต่ำกว่าเหมาะกับการตรวจจับระยะไกลและทำงานได้ดีกับวัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง เช่น โลหะและน้ำ โดยความถี่ที่สูงขึ้นให้ความแม่นยำที่สูงขึ้นและเหมาะกับการตรวจจับวัตถุขนาดเล็กและวัสดุที่มีความหลากหลายมากขึ้น

รูปแบบลำแสงและโซนการตรวจจับ

เซ็นเซอร์เรดาร์สามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อโฟกัสไปยังบริเวณที่สนใจและติดตามวัตถุหนึ่งชิ้นหรือหลายชิ้นได้ โดยพารามิเตอร์ที่สำคัญได้แก่ รูปแบบลำแสง โซนการตรวจจับ และโซนที่ไม่สามารถตรวจจับได้

เซ็นเซอร์เรดาร์ปล่อยคลื่นวิทยุตามรูปแบบเฉพาะที่กำหนดโดยมุมแนวนอนและแนวตั้ง โดยรูปแบบลำแสงแคบให้การตรวจจับที่แม่นยำและมีระยะที่ไกลกว่า ในขณะที่รูปแบบลำแสงกว้างครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่และตรวจจับวัตถุที่มีรูปร่างไม่ปกติได้ดีกว่า

เซ็นเซอร์เรดาร์จำนวนมากอนุญาตให้กำหนดค่าโซนการตรวจจับหลายโซนภายในรูปแบบลำแสงได้ คุณลักษณะนี้ช่วยให้สามารถตรวจจับสถานการณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น การตั้งค่าพารามิเตอร์ต่างๆ สำหรับโซนใกล้และไกลในการใช้งานหลีกเลี่ยงการชน

โซนไม่สามารถตรวจจับได้คือบริเวณที่อยู่ด้านหน้าเซ็นเซอร์โดยตรงซึ่งการตรวจจับไม่น่าเชื่อถือ โดยทั่วไปเซ็นเซอร์ความถี่สูงจะมีโซนไม่สามารถตรวจจับได้ที่สั้นกว่า

การระบุเซ็นเซอร์เรดาร์ที่เหมาะสมที่สุด: เริ่มต้นด้วยพื้นฐาน

มีปัจจัยมากมายที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกเซ็นเซอร์เรดาร์ นอกเหนือจากพารามิเตอร์การทำงานพื้นฐานแล้ว เซ็นเซอร์เรดาร์ยังมีคุณสมบัติต่างๆ มากมายที่ส่งผลต่อต้นทุน ความทนทาน และความสะดวกในการใช้งาน รูปที่ 1 แสดงแผนภูมิแสดงการตัดสินใจเลือกใช้เซ็นเซอร์เรดาร์ จาก Banner Engineering เป็นตัวอย่าง

รูปที่ 1: แสดงแผนภูมิแสดงขั้นตอนการเลือกเซ็นเซอร์เรดาร์ (แหล่งที่มาภาพ: Banner Engineering)

ซีรีส์ Q90R จาก Banner Engineering เป็นจุดเริ่มต้นที่ดี เซ็นเซอร์ FMCW เหล่านี้ทำงานที่ความถี่ 60 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) เพื่อสร้างสมดุลระหว่างระยะ ความแม่นยำ และความสามารถในการตรวจจับวัสดุ มีระยะการตรวจจับ 0.15 เมตร (ม.) ถึง 20 ม. โซนที่ไม่สามารถตรวจจับได้ 150 มิลลิเมตร (มม.) และโซนการตรวจจับที่กำหนดค่าได้ 2 โซน

ตัวอย่างการใช้งานเซ็นเซอร์เหล่านี้คือการตรวจจับเมื่อรถบรรทุกมาถึงท่าเทียบ รูปแบบลำแสง 40° x 40° ที่ค่อนข้างกว้างนี้ ทำให้ค้นหาตำแหน่งติดตั้งที่ให้มองเห็นท่าเทียบเรือได้ง่ายขึ้น

Q90R2-12040-6KDQ (รูปที่ 2) สร้างขึ้นจากความสามารถเหล่านี้โดยมีขอบเขตการมองเห็นที่กว้างและกำหนดค่าได้ (120? x 40?) และความสามารถในการติดตามเป้าหมายสองเป้าหมาย ช่วยให้สามารถรับมือกับสถานการณ์การตรวจจับที่ซับซ้อนมากขึ้น

รูปที่ 2: เซ็นเซอร์เรดาร์แบบ FMCW รุ่น Q90R2-12040-6KDQ ทำงานที่ความถี่ 60 GHz สามารถติดตามเป้าหมาย 2 เป้าหมาย และมีระยะการมองเห็นที่กว้างและกำหนดค่าได้ (แหล่งที่มาภาพ: Banner Engineering)

การเลือกใช้เรดาร์สำหรับการใช้งานลำแสงแคบ

ในการใช้งานบางอย่าง เรดาร์จำเป็นต้องเลือกเป้าหมายขนาดเล็ก นี่เป็นเซ็นเซอร์จากซีรีย์ T30R (รูปที่ 3) ถือเป็นตัวเลือกที่ดี เซ็นเซอร์มีรูปแบบลำแสง 15° x 15° หรือ 45° x 45° ความถี่ในการทำงาน 122 GHz ระยะการตรวจจับ 25 ม. โซนที่ไม่สามารถตรวจจับได้ 100 มม. และโซนการตรวจจับที่กำหนดค่าได้ 2 โซน

ด้วยรูปแบบลำแสงที่แคบและความถี่ในการทำงานที่สูง ทำให้เซนเซอร์ตระกูลนี้ตรวจจับพื้นที่เฉพาะได้อย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ตรวจสอบระดับภายในภาชนะที่แคบได้

รูปที่ 3: ซีรีส์ T30R ทำงานที่ความถี่ 122 GHz มีลำแสงขนาด 15° x 15° และตรวจจับได้อย่างแม่นยำ (แหล่งที่มาภาพ: Banner Engineering)

รุ่น T30RW มาพร้อมกับการป้องกันระดับ IP69K ซึ่งเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการชะล้างด้วยแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง เช่น การล้างรถ มีระยะการตรวจจับ 15 เมตร และรูปแบบลำแสง 15° x 15°

การเลือกใช้เซ็นเซอร์เรดาร์สำหรับการตอบสนองทางภาพ

แม้ว่าเซ็นเซอร์เรดาร์มักจะรวมเข้ากับระบบอัตโนมัติขนาดใหญ่ แต่การมีตัวบ่งชี้สถานะที่มองเห็นได้ง่ายก็อาจเป็นประโยชน์ได้ ตัวอย่างเช่น ที่สถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV) การแสดงผลภาพสามารถช่วยให้ผู้ขับขี่วางตำแหน่งรถของตนได้อย่างถูกต้อง

สำหรับการใช้งานประเภทนี้ ไฟ LED ในตัวของซีรีส์ K50R มีบทบาทอันทรงคุณค่า

ที่น่าสังเกตโดยเฉพาะคือรุ่น Pro เช่น K50RPF-8060-LDQ (รูปที่ 4) ซึ่งมีการแสดงภาพแบบมีสีสันสวยงามและตีความง่าย

รูปที่ 4: K50RPF-8060-LDQ มี LED สำหรับการตอบรับทางภาพ (แหล่งที่มาภาพ: Banner Engineering)

ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญของซีรีส์ K50R ได้แก่ ความถี่ในการทำงาน 60 GHz ช่วงการตรวจจับ 5 ม. โซนที่ไม่สามารถตรวจวัดได้ 50 มม. โซนการตรวจจับที่กำหนดค่าได้ 2 โซน และรูปแบบลำแสง 80° x 60° หรือ 40° x 30°

การเลือกใช้เซ็นเซอร์เรดาร์ระยะไกล

สำหรับการใช้งานที่ต้องมีการตรวจจับในระยะไกล เรดาร์ที่ทำงานที่ความถี่ 24 GHz มักจะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด อุปกรณ์ความถี่ต่ำเหล่านี้ เช่น ซีรีย์ QT50R นี้มีระยะการตรวจจับ 25 ม. ซึ่งมีประโยชน์ในการใช้งาน เช่น การหลีกเลี่ยงการชนสำหรับอุปกรณ์เคลื่อนที่ นอกจากนี้ ซีรีส์นี้ยังมีโซนการตรวจจับที่กำหนดค่าได้หนึ่งหรือสองโซนและรูปแบบลำแสง 90° x 76° โซนที่ไม่สามารถตรวจจับได้จะมีค่า 400 มม. สำหรับวัตถุเคลื่อนที่ และ 1,000 มม. สำหรับวัตถุนิ่ง

คุณลักษณะที่โดดเด่นของ QT50R คือความสามารถในการกำหนดค่าผ่านสวิตช์ DIP ซึ่งทำให้สามารถตั้งค่าหน้างานได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม การใช้งานบางอย่างต้องมีการกำหนดค่าที่ซับซ้อนกว่านี้

ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ Q130R (รูปที่ 5) ได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานที่ต้องการความสามารถในการตรวจจับที่ซับซ้อนและตัวเลือกการกำหนดค่าขั้นสูง ทำงานที่ความถี่ 24 GHz มีระยะตรวจจับ 40 ม. รูปแบบลำแสง 90° x 76° หรือ 24° x 50° โซนไร้สัญญาณ 1,000 มม. และตรวจจับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่และหยุดนิ่งได้อย่างแม่นยำ

รูปที่ 5: เซ็นเซอร์เรดาร์ Q130R ได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานที่ต้องการความสามารถในการตรวจจับที่ซับซ้อน และให้การตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่และหยุดนิ่งได้อย่างแม่นยำ (แหล่งที่มาภาพ: Banner Engineering)

ที่น่าสังเกตคือ Q130R ใช้อินเทอร์เฟซผู้ใช้แบบกราฟิก (GUI) ที่ใช้พีซีสำหรับการตั้งค่าที่ซับซ้อนและปรับแต่งอย่างละเอียด ตัวอย่างเช่น สามารถใช้สำหรับการระบุตำแหน่งข้อเสนอแนะในลานรถไฟที่พลุกพล่าน ในการใช้งานนี้ เซ็นเซอร์สามารถกำหนดค่าให้ละเว้นรถไฟที่จอดอยู่เบื้องหลังบนรางหนึ่งได้ ขณะเดียวกันก็จดจำรถไฟขบวนอื่น ๆ ที่กำลังวิ่งผ่านด้านหน้าได้

สรุป

เซ็นเซอร์เรดาร์มีความสามารถพิเศษในการทำงานในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งและรุนแรงต่างๆ ได้หลากหลาย เพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุดจากเทคโนโลยีเรดาร์ จำเป็นต้องวิเคราะห์ข้อกำหนดในการใช้งาน และเลือกเซ็นเซอร์ที่มีความถี่การทำงานและรูปแบบลำแสงที่เหมาะสม รวมถึงคุณสมบัติอื่นๆ ด้วยเรดาร์ที่เลือกอย่างดี ก็สามารถรับมือกับการใช้งานการสำรวจระยะไกลที่ท้าทายต่างๆ ได้มากมาย