Radar Sensör Türleri

Radar veya RADAR (radyo dalgalarıyla yer ve mesafe belirlemenin kısaltması) terimi, çok çeşitli nesnelerin hareket durumunu bulma ve belirleme yöntemlerini ifade eder. Radar yöntemleri çok çeşitli uygulamalarda kullanılır. Buna göre, elektromanyetik dalgaların özelliklerini farklı şekillerde kullanan çeşitli radar işlevleri vardır.

Darbe radarı kısa darbeler yayar ve sinyal yayılma gecikmesi ile nesnenin mesafesini belirler. Bir Doppler radarına benzer şekilde hız, frekans farkı ölçülerek de belirlenebilir. Darbe radarı cihazları, yüksek verici yayılan gücü nedeniyle uzun mesafelerde ölçüm yapmak için uygundur ancak yüksek çözünürlüklü kısa mesafeli ölçümler için uygun değildir. Otomasyon görevlerine yönelik darbe radarlarının bu önemli sınırlaması nedeniyle, bu web sitesindeki ayrıntılı açıklamalar sadece sürekli dalga ve frekans modülasyonlu sürekli dalga radarlarına odaklanmaktadır.

Modüle edilmemiş sürekli dalga radarı (CW veya Doppler radarı olarak da bilinir) sürekli olarak sabit bir frekans yayar. Doppler frekansını gözlemleyerek, sensörün algılama aralığındaki hareketli nesneler algılanır ve bunların ortogonal hızı belirlenir. Bununla birlikte, hareketli nesnenin mesafesini veya konumunu hesaplamak mümkün değildir veya yalnızca daha fazla çaba ve büyük yanlışlıklarla mümkündür.

Frekans modülasyonlu sürekli dalga radarı (veya FMCW) terimi, emisyon sırasında (CW radarının aksine) emisyon sırasında sinyaline sürekli olarak frekans modülasyonu uygulayan bir radarı ifade eder. Yayılan frekansın bu modülasyonu zamansal bir referans noktası oluşturur ve bu da uçuş süresini teknik olarak ölçmeyi mümkün kılar. Ayrıca, bu zaman sabiti sadece hareket eden değil, aynı zamanda sabit nesnelerin de algılanmasını sağlar.

Sürekli dalga radarı veya dalga tarafları tarafından üretilen ve yayılan elektromanyetik dalgalar, hareket halindeki bir nesneye çarpar. Bu durum, algılanan nesnenin hareket yönüne bağlı olarak yansıtılan sinyali sıkıştıran veya genişleten bir frekans kaymasına neden olur. Bu frekansı kaymış yansıma sinyali, sensör içinde orijinal olarak yayılan sinyalle karıştırılır ve değerlendirilir. Sinyaldeki bu frekans farkı, hareketi ve hızı belirlemek için kullanılabilir. Nesnenin mutlak hızını tespit etmek için hareketin açısı dikkate alınsa da, sensörün nesneye göre hareket edip etmediği veya nesnenin sensöre göre hareket edip etmediği önemli değildir.

Tasarım Amacı

Bu prensip, hareketli nesnelerin algılanması için en etkili çözümdür. Kapıların ve geçitlerin önünde alan izlemeye yönelik hareket dedektörleri klasik bir uygulama alanıdır. Pepperl+Fuchs bağlı kuruluşu Sensotek GmbH, "Kapı Otomasyonu" alanında son derece özel bir portföy sunan yetkin bir iş ortağıdır.

Frekans modülasyonlu sürekli dalga radarı aynı temel prensibe göre çalışır. Sensör, gönderen anten aracılığıyla bir sinyal yayar. Bu sinyalin küçük bir kısmı nesne tarafından yansıtılır ve bir alıcı anten tarafından alındığı sensöre geri yayılır. Modüle edilmemiş CW radarının aksine, frekans modülasyonlu sürekli dalga radarı frekans modülasyonlu bir sinyal yayar. Burada genellikle aşağıdaki tipik modülasyon türleri kullanılır:

1. Kılıç Diş Modülasyonu

Basit modülasyon modeli ancak yayılma gecikmesi nedeniyle Doppler frekansı ile frekans farkı arasında ayrım yapamaz.

2. Kare Dalga Modülasyonu

Faz farkını hesaplayarak çok yüksek mesafe çözünürlüğü elde edilse de farklı nesneler ayırt edilemez.

3. Üçgen Modülasyon

Ek düşen rampa, Doppler kayması ve frekans kayması arasındaki ayrımı mümkün kılar.

Pepperl+Fuchs, mesafe ve hız ölçümü için endüstriyel radar sensörlerine yönelik üçgen modülasyonu kullanır. Yayılan sinyal, izin verilen frekans aralığında minimum frekans ile maksimum frekans arasında doğrusal olarak artar (artış) ve maksimum frekansa ulaştıktan sonra tekrar doğrusal olarak düşer (düşüş). Minimum ve maksimum frekans arasında sürekli olarak yayılan sinyalin "gezindiği" bu aralık, frekans bant genişliği (B) olarak adlandırılır. Pepperl+Fuchs radar sensörleri için bu etkin bant genişliği 1 GHz'e karşılık gelir, örnek vermek gerekirse ISM bandında122 ile 123 GHz arasında değişir.

Radar sensörü tarafından yayılan radar dalgaları artık bir nesneye çarparsa tamamen veya kısmen yansıtılır. Alınan sinyalin frekansı farklıdır; bu frekans, sensördeki bir çarpımsal karıştırma işlemi sırasında her iki sinyalin frekans değişiminden de tam olarak belirlenebilir. Hedef nesneye olan mesafe (R)yükselen veya alçalan bir rampada (Δf) belirlenen frekans kaymasından, rampa süresinden (T), kullanılan frekans bant genişliğinden (B) ve radar dalgasının uzayda hareket ettiği ışık hızından (c) hesaplanabilir.

Nesnenin hızından kaynaklanan Doppler etkisi de alınan frekansı (f_D), yukarıdaki CW radar grafiğinde gösterildiği gibi y eksenine paralel olarak kaydırır. Kılıç diş ve kare dalga modülasyonu yöntemlerinin aksine bu, hızı ölçmek için de kullanılabilir.

Tasarım Amacı

Pepperl+Fuchs tarafından geliştirilen FMCW radar sensörü MWC25M-L2M*, endüstriyel bölümlerde 25 metreye kadar ve daha fazla algılama aralığında mesafe ve hız ölçümleri için optimize edilmiştir. Sensör tasarımının çok çeşitli işlevleri ve dayanıklılığı nedeniyle; AGV'ler, forkliftler, mobil vinçler, yol yapımı veya tarım makineleri otomasyonu, çevre izleme ve çarpışmadan kaçınma gibi uygun şekilde çeşitli uygulamalar için kullanılabilir. Bununla birlikte, tanklar ve silolardaki sıvıların ve dökme malların temassız olarak algılanması için ideal bir çözüm sunar.