Kunstig intelligens, 5G og big data-teknologier akselererer industrielle oppgraderinger på tvers av alle sektorer. Med ankomsten av Industry 4.0-æraen, utvikler industrielle teknologier seg mot større intelligens og automatisering. Industriell automasjonsteknologi står som et sentralt fokus i Kinas nåværende industrielle utvikling. Millimeter-bølgeradarsensorer, preget av deres sterke penetrasjonsevner, er mye brukt i industrielle automasjonsprosjekter. Den standardiserte og effektive automatiserte operasjonen til intelligent utstyr som industriroboter og robotarmer er nært knyttet til den høye-presisjonsdeteksjonsevnen til millimeter-bølgeradar.
Hvilke fordeler holder Millimeter-bølgeradar over andre radarer i industrielle applikasjoner?
For øyeblikket er radarsensorer primært kategorisert i tre typer: lidar, ultralydradar og millimeter-bølgeradar. Hver type opererer på forskjellige prinsipper og har varierende deteksjonsevner. Nedenfor analyserer vi fordelene med millimeter-bølgeradar i industrielle applikasjoner.
Overlegen penetrasjonsevne: Basert på deres distinkte driftsprinsipper, viser forskjellige radarer varierende penetrasjonsevne. Lidar er avhengig av laserstråler for å overvåke objekter og kan ikke trenge gjennom hindringer. Ultralydradar oppdager objekter ved å sende ut ultralydbølger, som ikke klarer å trenge gjennom tettere eller hardere mål. Millimeter-bølgeradar oppdager objekter ved å sende ut elektromagnetiske bølger, som kan trenge gjennom en rekke ikke-metalliske materialer som vann, glass og vegetasjon. Blant disse tre radartypene demonstrerer millimeter-bølgeradar overlegen penetrasjonsevne.
Lang deteksjonsrekkevidde
LiDAR overvåker objekter via laserstråler, og oppnår deteksjonsavstander på opptil 50 meter når de er uhindret. Ultralydradar oppnår høyeste deteksjonsnøyaktighet mellom 0,1 og 3 meter, med typiske laterale deteksjonsområder på opptil 8 meter. Det brukes ofte i bilradarsystemer. Millimeter-bølgeradar opererer ved frekvenser mellom centimeterbølger og mikrobølger, og kombinerer fordelene med både optisk og mikrobølgeradar for overlegen penetrasjon. Dens typiske gjenkjenningsrekkevidde spenner fra 0 til 200 meter, noe som gjør den til det lengste{11}}alternativet.
Den viser sterk motstand mot interferens i driftsmiljøer. Derimot forringes LiDAR-ytelsen under intenst sollys på grunn av blendingsinterferens, noe som påvirker deteksjonsresultatene. I tillegg kan høye temperaturer eller røykfylte forhold kompromittere målenøyaktigheten. Ultralydradar er avhengig av ultralydbølger som forplanter seg gjennom et medium. Siden hastigheten på ultralydoverføring varierer med forskjellige medier, kan ugunstige værforhold som regn, snø eller sandstormer påvirke målenøyaktigheten. Millimeter-bølgeradar forblir imidlertid upåvirket av middels type, lysintensitet eller temperatur, og gir sterk motstand mot ytre miljøinterferens.
Millimeter-bølgeradar utkonkurrerer LiDAR og ultralydradar gjennom fordeler som utvidet deteksjonsrekkevidde, overlegen penetrasjonsevne og miljøfleksibilitet. Det er nå mye brukt i industriell automatisering. For å støtte dette har Texas Instruments introdusert spesialiserte millimeter-bølgeradarbrikker for ulike industrielle automatiseringsapplikasjoner.
TI IWR1443 76–81GHz industriell sikkerhetsmillimeter-bølgeradarsensor
Etter hvert som teknologiske evner går videre, går tradisjonelle fabrikker over til smart produksjon ved å integrere automasjonsutstyr som robotarmer og intelligente roboter. Sikkerhet er fortsatt viktig i helautomatiserte anlegg. For å løse dette har TI utviklet industrielle millimeter-bølgesensorer for person- og objektdeteksjon. Når sensoren oppdager personer eller gjenstander som nærmer seg, utløser den sikkerhetssystemer for å minimere kollisjonshendelser. Millimeter-bølgesensorer opprettholder deteksjonsnøyaktigheten upåvirket av høye støvnivåer eller varierende lysintensitet i fabrikkmiljøer.
IWR1443 er en svært integrert millimeter-bølgesensorbrikke basert på FMCW-teknologi. Den opererer over 76–81GHz millimeter-bølgebåndet og har kortere bølgelengder sammenlignet med tradisjonelle 24GHz-bånd. Med en kontinuerlig båndbredde på 4GHz forbedrer den avstandsoppløsningen, og letter gjenkjenning av objekter i nærheten.
Brikken integrerer en lukket-sløyfe PLL ultra-nøyaktig lineær frekvensmodulasjonspulsmotor internt. Den støtter tre signaloverføringskanaler og to signalmottakskanaler, med samtidig drift av to kanaler under millimeter-bølgesignaloverføring. IWR1443 består av to ARM Cortex-R4F radiokontrollsystemer: ett for RF-kalibrering og sikkerhetsovervåking, det andre for chipmasterkontroll, som muliggjør sømløs veksling mellom master- og slave-dobbeltmodus.
For grensesnitt har den to SPI-grensesnitt som muliggjør tilkobling med perifere prosessorer for kontroll. Strømstyring bruker et strømnettverk med lavt-frafall, noe som forbedrer forholdet for avvisning av strømforsyning. IWR1443 opererer innenfor et bredt temperaturområde på -40 grader til 105 grader, og bruker en kompakt 10,4 mm × 10,4 mm 161-pinners BGA-pakke. Dette letter layoutdesign for ingeniører samtidig som det minimerer plassbehov. Denne brikken kjennetegnes av dets lille fotavtrykk, lave strømforbruk, høye nøyaktighet og brede temperaturtoleranse, og er ideell for industrielle applikasjoner, inkludert fabrikkautomatisering, industrielle avstandssensorer, industrielle hastighetssensorer og sikkerhetsbeskyttelsesenheter.
TI IWR6843 60–64GHz industriell smart robotmillimeter-bølgeradarsensor
Når industriroboter opererer sammen med mennesker, beveger de seg sakte. Produsenter av robotarmer og automatiserte industriroboter må forbedre miljøfølende evner i robotdesign for raskt å oppdage og forhindre potensielle kollisjoner. For å løse dette utviklet TI IWR6843 millimeter-bølgeradarsensoren for roboter.
Denne intelligente sensorbrikken, basert på FMCW-teknologi, utfører sanntids-databehandling og beslutnings-under drift i 60–64 GHz-frekvensbåndet. Den støtter 4-kanals mottak, 3-kanals overføring av millimeterbølgesignaler, PLL closed-loop-kontroll og maskinvareakselerasjon. Spesifikasjonene samsvarer stort sett med IWR1443, og skiller seg først og fremst ved å integrere en C674x DSP-signalprosessor for forbedret beregningskraft. Denne radarsensorbrikken oppdager objekter innenfor 10 meter, uten begrensninger på typen oppdaget mål.
Når det gjelder deteksjonsvinkel, støtter den maksimalt 120 graders vidvinkeldeteksjon for nøyaktig å registrere omgivelsene, og forhindre farlige kollisjoner mellom industriroboter og andre objekter eller mennesker. IWR6843 fungerer effektivt i miljøer med røyk, støv eller dårlige lysforhold og kan oppdage gjennomsiktige gjenstander, møte industrielle produksjonsbehov og håndtere menneskelige-maskininteraksjonsutfordringer.
Sammendrag
Den raske utviklingen av industriell automasjon er nært sammenvevd med sensorteknologi. Millimeter-bølgeradar skiller seg ut for sin penetrasjonsevne, deteksjonsrekkevidde og motstand mot miljøinterferens. Sammenlignet med lidar gir den en relativt lavere kostnadsfordel og er nå mye brukt i industriell produksjon. Denne teknologien driver industriell automatisering fremover, og posisjonerer den til å omfavne æraen til Industry 4.0 med forbedrede muligheter.