如何選擇並應用惡劣環境下所用的感測雷達

戶外和工業應用以及其他惡劣環境條件，都可能對超音波感測器等遙測技術造成干擾。惡劣天氣、灰塵和碎片，以及複雜的感測環境，可能對標準感測器造成一些問題。

雷達感測器可以解決這些難題，在各種環境條件下探測移動和靜止的目標。本文將回顧雷達優於替代選項的幾種情境，且將探討幾種類型的 Banner Engineering 雷達感測器及其應用，以及在選擇感測器時要記住的設計注意事項。

為什麼要使用雷達感測器？

在面對雨水、灰塵和其他常見的空氣傳播物質時，雷達的功能非常強大，而且在明亮和無照明空間中也同樣有效，不會受到溫度變化和風的影響。雷達可以偵測帶有各種塗層、幾何形狀和顏色的表面，還可以穿透非導電材料，使雷達感測器能夠探查容器內部。

此外，雷達可以在相對較長的距離使用，同時還能抵抗串音，使其在感測器非常接近的短距離應用中深具優勢。

雷達的運作原理

雷達是藉著從目標物體反射電磁波運作，並且根據訊號返回所需的時間來確定距離。雷達感測器使用兩種主要技術：頻率調變等幅電波 (FMCW) 和同調脈衝雷達 (PCR)。

FMCW 雷達會持續發射無線電波，以便對移動和靜止的物體不間斷地監測。PCR 感測器通常使用低功耗發射器，以脈衝形式發送無線電波。這使得 PCR 感測器更適合短程應用。

範圍和材料靈敏度也深受工作頻率的影響。較低的頻率更適合遠程偵測，且非常適用於高介電常數的材料，如金屬和水。更高的頻率提供更高的準確度，且更適合偵測更小的物體和更多種類的材料。

光束樣式和感測區

可以對雷達感測器進行最佳化，使其聚焦於重點區域，並追蹤一個或多個物體。關鍵參數包括光束樣式、感測區和盲區。

雷達感測器發射的特定無線電波樣式，乃是以水平和垂直角度定義。窄光束樣式提供精確偵測和更長程的範圍，而寬光束樣式則覆蓋更大的區域，能更有效偵測不規則形狀的物體。

許多雷達感測器允許在其光束樣式內配置多個感測區。此功能可支援更複雜的偵測情境，例如在防撞應用中，為近區和遠區設定不同的參數。

盲區是指緊靠感測器前方的區域，此區的偵測結果不可靠。較高頻率的感測器通常具有較短的盲區。

選出最佳雷達感測器：瞭解基礎知識

選擇雷達感測器時，要考慮許多因素。除了基本的操作參數外，雷達感測器還具有會影響其成本、耐用性和易用性的各種特點。圖 1 的流程圖乃是以 Banner Engineering 的雷達感測器為例，說明其中的一些決策點。

圖 1：說明選擇雷達感測器流程的流程圖。(圖片來源：Banner Engineering)

Banner Engineering 的 Q90R 系列是此流程圖的一個實用起點。這些 FMCW 感測器在 60 GHz 下運作，在範圍、準確度和材料偵測等功能中取得平衡。這些感測器具有 0.15 至 20 m 的感測範圍、150 mm 的盲區，和兩個可設定的感測區。

這些感測器的典型使用範例之一，是偵測卡車何時抵達裝貨區。在這種情況下，相對較寬的 40° x 40° 光束樣式更容易找到安裝位置，使裝卸區保持在視野範圍內。

Q90R2-12040-6KDQ (圖 2) 採用這些功能，具有寬廣的可設定視野 (120?x 40?) 和追蹤兩個目標的能力，使其能夠處理更複雜的感測情境。

圖 2：Q90R2-12040-6KDQ FMCW 雷達感測器的工作頻率為 60 GHz，可追蹤兩個目標，並具有寬廣的可設定視野。(圖片來源：Banner Engineering)

選擇適用於窄光束應用的雷達

在某些應用中，雷達需要識別出小的標的物。此時 T30R 系列的感測器 (圖 3) 是一個不錯的選擇。感測器的光束樣式為 15° x 15° 或 45° x 45°，工作頻率為 122 GHz，感測範圍為 25 m，盲區為 100 mm，並有兩個可設定的感測區。

憑藉其窄光束樣式和高工作頻率，此感測器系列可在特定區域內提供精確的偵測。例如，這系列產品可用於監測狹窄容器內的液位。

圖 3：T30R 系列的工作頻率為 122 GHz，具有 15° x 15° 的光束，可提供精確偵測。(圖片來源：Banner Engineering)

T30RW 版本採用 IP69K 外罩，適用於洗車等高壓、高溫沖洗的環境。其感測範圍為 15 m，光束樣式為 15° x 15°。

選擇適用於視覺回饋的雷達感測器

雖然雷達感測器通常會整合至較大的自動化系統中，但擁有一個可迅速瀏覽的狀態指示燈可能會有幫助。例如，在電動汽車 (EV) 充電站中，視覺顯示器可以幫助駕駛正確定位其車輛。

對於這類應用，K50R 系列的內建 LED 發揮重要作用。

特別值得注意，K50RPF-8060-LDQ (圖 4) 等 Pro 型號產品，可提供色彩豐富、易於解讀的顯示內容。

圖 4：K50RPF-8060-LDQ 納入提供視覺回饋的 LED。(圖片來源：Banner Engineering)

K50R 系列的關鍵規格包括 60 GHz 的工作頻率、5 m 的感測範圍、50 mm 的盲區、兩個可設定的感測區，以及 80° x 60° 或 40° x 30° 的光束樣式。

選擇長程雷達感測器

對於需要遠距離偵測的應用，工作頻率為 24 GHz 的雷達通常是最佳選擇。這些低頻元件 (如 QT50R 系列) 的感測範圍為 25 m，對於行動設備的防撞等應用相當重要。此系列還具有一個或兩個可設定的感應區和 90° x 76° 的光束樣式。針對移動物體的盲區為 400 mm，靜止物體的盲區為 1000 mm。

QT50R 的顯著特點之一是能夠透過 DIP 開關進行設定。如此便能在現場進行簡單設定。然而，一些應用需要使用更複雜的配置。

例如，Q130R 感測器 (圖 5) 是專為需要複雜偵測功能和進階配置選項的應用所設計。其工作頻率為 24 GHz，範圍為 40 m，光束樣式為 90° x 76° 或 24° x 50°，盲區為 1000 mm，可對移動和靜止物體進行精確偵測。

圖 5：Q130R 雷達感測器是專為需要複雜偵測功能的應用所設計，可對移動和靜止物體進行精確偵測。(圖片來源：Banner Engineering)

值得注意的是，Q130R 採用 PC 圖形使用者介面 (GUI) 來進行複雜設定和微調。例如，可在繁忙的鐵路站場中提供定位回饋。在此應用中，可以對感測器進行設定，以忽略在某一條軌道上停在背景中的列車，而在其他列車從前面經過時識別這些列車。

結論

雷達感測器具有能在各種戶外和惡劣環境中運作的獨特能力。為了徹底發揮雷達技術的優勢，必須對應用要求加以分析，並選擇具有正確工作頻率和光束樣式的感測器，以及其他種種規格。若是謹慎挑選的雷達，許多高難度遙測應用都可以得到解決。