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來(lái)源：DigiKey 作者：Jeff Shepard 在物流、制造、采礦、運輸、農業(yè)和其他行業(yè)中，運動(dòng)監測和位置傳感器可用于避免碰撞、確保安全并提高生產(chǎn)率。這些傳感器可安裝在車(chē)輛上，也可以放置于關(guān)鍵固定位置。 傳感器必須能夠根據特定的應用需求進(jìn)行配置，并具有多功能感測能力，包括基于距離、角度位置和速度的物體檢測。在繁忙或復雜的環(huán)境中，需要有同時(shí)探測多個(gè)目標的能力。 對于像裝卸區和叉車(chē)速度控制這類(lèi)應用，不受污垢、灰塵、風(fēng)、降水和其他環(huán)境條件影響的技術(shù)會(huì )很有利。自定義檢測窗形狀和目標設定點(diǎn)等參數可進(jìn)一步提高性能。 本文首先探討工作頻率對幾個(gè)關(guān)鍵雷達技術(shù)指標的重要性，然后比較調頻連續波 (FMCW) 和相干脈沖雷達 (PCR) 等現有雷達技術(shù)、探測方案、波束圖和感應區。接下來(lái)，介紹一款軟件套件，可用于加速開(kāi)發(fā)使用雷達傳感器的系統。 最后，以應用實(shí)例說(shuō)明 Banner Engineering Q90R 系列雷達傳感器如何利用所有這些因素提供多功能感測能力，在苛刻的環(huán)境中進(jìn)行可靠的檢測，包括檢測裝卸區是否有卡車(chē)，及控制叉車(chē)速度以提高安全性。 無(wú)線(xiàn)電探測與測距（雷達）是一種主動(dòng)傳感器技術(shù)，會(huì )發(fā)射高頻射頻能量。發(fā)出的能量會(huì )被路徑上的物體反射，反射能量的特征可用來(lái)探測物體、確定其距離，有時(shí)還能測量物體靠近或遠離傳感器的速度。 工作頻率是決定雷達傳感器性能的基本特性。工業(yè)雷達傳感器的工作頻率為 24 GHz、60 Ghz 和 122 GHz，屬于工業(yè)、科學(xué)和醫療 (ISM) 頻段，無(wú)需特殊許可證即可使用。 雷達傳感器的工作頻率對多項技術(shù)指標有重大影響，包括： · 探測距離 - 24 Ghz 等低頻雷達傳感器的探測距離最遠。 · 精確度 - 122 GHz 等高頻雷達傳感器具有更高的精確度，可以探測到更小的物體。 · 盲區 - 雷達傳感器的盲區或阻擋距離是由目標太近造成的。一般而言，通常傳感器的頻率越高，盲區越小。 · 耐候性 - 感測功能抗風(fēng)、霧、蒸汽和溫度變化的能力。雷達一般不受雨雪干擾。24 GHz 雷達具有最佳的抗雨雪干擾能力。 · 目標材料 - 雖然 24 GHz 雷達的抗天氣干擾能力最好，但其感測各種材料的能力卻最為有限。60 GHz 或 122 GHz 雷達傳感器可探測高介電和低介電材料（圖 1）。 
圖 1：雷達傳感器的工作頻率對基于材料的介電特性識別各種目標材料的能力有很大影響。（圖片來(lái)源：Banner Engineering） 頻率之外的技術(shù)指標 頻率是雷達傳感器的一個(gè)決定性特征。其他重要技術(shù)指標還包括雷達技術(shù)（如 FMCW 與 PCR）、探測方案（包括可調場(chǎng)與回射式傳感器）以及視場(chǎng)、窗形和目標設定點(diǎn)。 FMCW 發(fā)射連續信號，信號經(jīng)過(guò)調制，頻率在固定帶寬內增減。通過(guò)測量反射信號的頻率，雷達可以知道信號從目標反射回來(lái)所需的時(shí)間。飛行時(shí)間 (ToF) 信息決定了目標距離。 FMCW 的一些優(yōu)勢包括：無(wú)需單獨的天線(xiàn)或脈沖就能同時(shí)測量距離和速度、優(yōu)異的測距分辨率、區分密集目標的能力，以及在挑戰性環(huán)境中更高的精度。 PCR 雷達發(fā)射一個(gè)脈沖，關(guān)閉發(fā)射機，等待接收目標的回波，然后重新打開(kāi)發(fā)射機，發(fā)射新的脈沖，不斷繼續這一循環(huán)。與 FMCW 一樣，也采用一種 ToF 分析形式來(lái)確定目標的距離和速度。使用脈沖意味著(zhù) PCR 雷達的功耗比 FMCW 更低。PCR 通常是電池供電系統的首選，非常適合低功耗短距離應用。 可調場(chǎng)傳感器與回射式傳感器的對比 可調場(chǎng)雷達通過(guò)感應反射的射頻波來(lái)探測物體，其非常適合探測雷達截面積較大從而反射大量射頻能量的物體。金屬表面積較大的物體，尤其是垂直于雷達波束的表面，通常具有較大的雷達截面積。 可調場(chǎng)雷達傳感器可配置設定點(diǎn)距離。這種傳感器使用 ToF 計算來(lái)確定目標范圍，并只在設定距離內出現目標時(shí)發(fā)出信號。 回射式雷達傳感器依賴(lài)于墻壁等反射參考目標，其通過(guò)識別來(lái)自參考目標的返回信號中的干擾信號來(lái)探測物體。這些雷達傳感器經(jīng)過(guò)優(yōu)化，能夠檢測雷達截面積較小的物體。 60 Ghz FMCW 雷達傳感器 Q90R 系列 FMCW 可調場(chǎng)雷達傳感器的工作頻率為 60 GHz，在精度、距離和材料探測能力方面性能均衡。此外，這些傳感器的防護等級為 IP69K，適合在苛刻的環(huán)境中使用（圖 2）。這些產(chǎn)品提供 120° x 40° 或 40° x 40° 的視場(chǎng)選擇�？梢愿鶕唧w的應用要求修改探測距離、檢測最近或信號最強的物體等參數。
圖 2：Q90R 系列 FMCW 可調場(chǎng)雷達傳感器的工作頻率為 60 GHz，采用 IP69K 堅固封裝。（圖片來(lái)源：DigiKey） Q90R2-12040-6KDQ 具有高度可配置的 120° x 40° 視場(chǎng)，可分割成獨立的檢測區域，實(shí)現精確的位置感測（圖 3）。該傳感器具有多維感測能力，可支持基于距離、徑向位置和速度閾值進(jìn)行更智能的物體檢測。與 Q90R 系列雷達傳感器的其他型號一樣，其探測距離為 0.15 至 20 米。此外，這款傳感器還提供靈活的連接選項，包括 IO-Link 和 Banner 的 Pulse Pro 脈沖頻率調制 (PFM) 技術(shù)。
圖 3：Q90R2 雷達傳感器具有 120° x 40° 的可配置寬視場(chǎng)（圖片來(lái)源：Banner Engineering） 軟件釋放性能 Q90R 和 Q90R2 雷達傳感器的強大功能可以通過(guò) Banner 的測量傳感器軟件來(lái)實(shí)現，該軟件是一個(gè)圖形用戶(hù)界面 (GUI)，使設計人員能夠配置和可視化來(lái)自傳感器的數據。 該軟件以圖形形式呈現傳感器看到的情況，這對雷達傳感器等沒(méi)有可見(jiàn)光束的傳感器非常有用。用戶(hù)可以修改傳感器參數，如響應速度、輸出配置和過(guò)濾選項。 Q90R2 的視場(chǎng)為 120° x 40°，具有很高的可配置性，可實(shí)現精確定位和控制。設計人員可以使用 Banner 軟件自定義高級感測參數，例如每個(gè)應用的窗形和目標設定點(diǎn)。（圖 4）。
圖 4：Banner 的測量傳感器軟件使設計人員能夠優(yōu)化視場(chǎng)（上圖）以及窗形和目標點(diǎn)（下圖）。（圖片來(lái)源：Banner Engineering） 裝卸區車(chē)輛檢測 自動(dòng)、準確地檢測裝卸區的卡車(chē)對于提高生產(chǎn)率和安全性，以及滿(mǎn)足環(huán)保標準非常重要。傳統的門(mén)鈴或指示燈解決方案往往并不適用。裝卸區可能非常嘈雜，門(mén)鈴的聲音不一定能被聽(tīng)到。此外，叉車(chē)上的頂燈、機器照明燈和閃光燈也很容易讓人忽略指示燈，即使是閃爍的指示燈。 自動(dòng)傳感器解決方案是理想之選。然而，卡車(chē)有多種尺寸，由各種材料制成，顏色和表面處理也多種多樣。這些挑戰，再加上噪音、灰塵、雨雪等環(huán)境條件的不確定性，使得實(shí)施基于光電或超聲波傳感器的可靠解決方案非常困難。 Q90R2 這樣的雷達傳感器通常是首選。這類(lèi)傳感器不受周?chē)h(huán)境條件的影響，外殼符合 IP67/IP69K 防護等級，適用于暴雨和其他挑戰性環(huán)境條件，并具有 -40°C 至 +65°C 的寬工作溫度范圍。無(wú)論材料的顏色、質(zhì)地或反射率如何，它們都能可靠地檢測到卡車(chē)的存在。 Q90R2 具有獨立和可配置的感應區，以及 120° x 40° 的波束圖，一個(gè)傳感器可以完成兩個(gè)傳感器的工作，能夠同時(shí)檢測到兩個(gè)相鄰裝卸區的卡車(chē)（圖 4）。
圖 5：Q90R2 雷達傳感器的 120° x 40° 波束圖意味著(zhù)一個(gè)傳感器可以監測兩個(gè)卡車(chē)�？繀^。（圖片來(lái)源：Banner Engineering） 叉車(chē)速度控制與安全 除了探測車(chē)輛，雷達傳感器還可以安裝在叉車(chē)等車(chē)輛上，以檢測周?chē)h(huán)境的變化，從而提高安全性。例如，Q90R2 雷達傳感器可安裝在叉車(chē)的背面或側面，并在不同距離配置多個(gè)區域。 Q90R2 具有 120° x 40° 的寬波束圖，特別適合監測周?chē)赡芤苿?dòng)的物體。此外，Q90R2 還可提供徑向距離、角度位置和目標速度反饋。當危險越來(lái)越近時(shí)，叉車(chē)駕駛員會(huì )收到報警，叉車(chē)速度會(huì )自動(dòng)受到限制，或者叉車(chē)會(huì )被停止。 如果叉車(chē)在室內和室外使用，則可在車(chē)頂安裝一個(gè)波束圖為 40° x 40°的 Q90R 雷達傳感器，以檢測是否存在天花板。當叉車(chē)在室外且未檢測到天花板時(shí)，機器就可以最高限速行駛。當叉車(chē)在室內移動(dòng)且存在天花板時(shí)，可自動(dòng)降低最高速度，以提高安全性并防止損壞（圖 5）。
圖 6：雷達傳感器可用于監測叉車(chē)周?chē)欠裼腥藛T或物體，以及是否有天花板。（圖片來(lái)源：Banner Engineering） 根據系統需要，Q90R 有多種型號可供選擇，輸出配置各不相同，包括： · Q90R-4040-6KDQ，具有雙離散 NPN/PNP、PFM 和一個(gè) IO-Link 輸出 · Q90R-4040-6KIQ，具有一個(gè)模擬電流（4 至 20 mA）、一個(gè) NPN/PNP 離散和一個(gè) IO-Link 輸出 · Q90R-4040-6KUQ，具有一個(gè)模擬電壓（0 至 10 V 或 0.5 至 4.5 V）、一個(gè) NPN/PNP 離散和一個(gè) IO-Link 輸出 結語(yǔ) Q90R 系列雷達傳感器用途廣泛。該系列傳感器的工作頻率為 60 GHz，能夠探測各種材料。這些 FMCW 雷達的探測距離達 20 米，波束圖可配置，可支持多種應用。輸出選項有多種選擇，可滿(mǎn)足不同的系統需求，并可安裝在叉車(chē)等車(chē)輛上或放置在裝卸區等關(guān)鍵固定位置。最后，設計人員可以利用 Banner 的測量傳感器軟件來(lái)加快系統設計和部署。 |
