Rewolucja w pomiarach – jak działają czujniki radarowe?

W wielu gałęziach przemysłu rośnie zapotrzebowanie na niezawodne systemy pomiarowe, które umożliwiają precyzyjne śledzenie położenia, odległości i prędkości obiektów, bez względu na warunki środowiskowe. Technologia radarowa doskonale sprawdza się tam, gdzie zawodzi technologia optyczna – radarowe czujniki odległości o wysokiej odporności na zakłócenia gwarantują dokładność oraz stabilność pomiarów. Czym są i jak działają czujniki radarowe?

Czujnik radarowy – zasada działania

Radarowy czujnik odległości działa na zasadzie Radio Detection and Ranging (radiodetekcja i radiolokacja), polegającej na emitowaniu i odbieraniu fal elektromagnetycznych. Sygnał odbity od obiektu wraca do czujnika, a różnica częstotliwości między sygnałem emitowanym a odebranym, proporcjonalna do opóźnienia, pozwala na dokładne obliczenie dystansu. Jednocześnie efekt Dopplera, czyli zmiana częstotliwości fali powracającej, jest wykorzystywany do natychmiastowego pomiaru prędkości względnej obiektu, co czyni tę technologię niezwykle efektywną.

Radarowe czujniki do pomiaru prędkości wykorzystują do działania technologię modulowanej częstotliwości fali ciągłej (FMCW, ang. Frequency Modulated Continuous Wave). Emitowanie fal elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości z okresowo zmieniającą się częstotliwością umożliwia uzyskanie wysokiej rozdzielczości radaru – zarówno rozdzielczości odległościowej, jak i rozdzielczości kątowej. Technologia skupionej wiązki radarowej gwarantuje także separowalność, czyli zdolność do rozróżnienia obiektów znajdujących się blisko siebie. Przekrój radarowy (RCS), częstotliwość radaru oraz rozmiar anteny czujnika wpływają na zasięg i dokładność pomiaru.

Czujniki z serii R1 i R2 – precyzyjny pomiar odległości, prędkości i pozycji

Wśród rozwiązań dostępnych na rynku na szczególną uwagę zasługują czujniki z serii R1 i R2 dostępne na stronie https://www.ifm.com/pl. Seria R1 to kompaktowe radarowe czujniki do pomiaru prędkości, odległości i położenia, które idealnie sprawdzają się w mobilnych systemach logistycznych, automatyce pojazdowej (np. jako czujniki antykolizyjne w wózkach widłowych i AGV) i w aplikacjach wymagających dokładnego śledzenia ruchu. Tego typu czujniki odległości działają skutecznie nawet w przypadku szybko poruszających się obiektów i oferują dużą precyzję w czasie rzeczywistym.

Z kolei czujniki z serii R2 to radarowe czujniki ruchu o szerokim kącie widzenia, przystosowane do wykrywania obiektów w większych przestrzeniach. Radarowy czujnik poziomu z tej serii może również służyć do pomiaru poziomu cieczy i materiałów sypkich. Bezkontaktowy charakter pomiaru stanowi jego kluczowy atut – eliminuje ryzyko zużycia mechanicznego i zanieczyszczenia medium, co jest szczególnie istotne w przemyśle chemicznym, spożywczym oraz w gospodarce wodno-ściekowej.

Zastosowania i zalety czujników radarowych

Czujniki radarowe, w odróżnieniu od rozwiązań optycznych, zachowują pełną skuteczność działania w trudnych warunkach środowiskowych – w deszczu, mgle, zapyleniu, a nawet w całkowitej ciemności. Do najważniejszych zalet radarowych czujników odległości należą między innymi:

• duży zasięg pomiaru,
• dokładny pomiar oraz dokładne wykrywanie obiektów w każdych warunkach,
• jednoczesne wykrywanie odległości i prędkości,
• szeroki zakres temperatur pracy,
• odporność na wstrząsy i wibracje,
• niewrażliwość na zmiany ciśnienia, temperatury i zapylenie, ochrona IP 65; IP 66; IP 67; IP 69K,
• technologia bezdotykowa minimalizująca zużycie komponentów,
• elastyczne tryby pracy dopasowane do wymagań konkretnej aplikacji.

Takie możliwości sprawiają, że czujniki radarowe mogą być stosowane na przykład do pomiaru poziomu cieczy i materiałów sypkich w zbiornikach przemysłowych, monitorowania ruchu i prędkości pojazdów autonomicznych i wózków AGV, detekcji obecności obiektów w aplikacjach zautomatyzowanych linii produkcyjnych czy też w systemach antykolizyjnych. Radarowe czujniki pozycji odporne na zmienne warunki środowiskowe stają się więc standardem tam, gdzie wymagany jest precyzyjny i niezawodny pomiar, stanowiąc fundament dla rozwoju Przemysłu 4.0.