Kunstig intelligens, 5G og big data-teknologier fremskynder industrielle opgraderinger på tværs af alle sektorer. Med fremkomsten af Industry 4.0-æraen udvikler industrielle teknologier sig mod større intelligens og automatisering. Industriel automationsteknologi står som et centralt fokus i Kinas nuværende industrielle udvikling. Millimeter-bølgeradarsensorer, kendetegnet ved deres stærke gennemtrængningsevner, anvendes i vid udstrækning i industrielle automationsprojekter. Den standardiserede og effektive automatiserede drift af intelligent udstyr såsom industrirobotter og robotarme er tæt knyttet til de høje-præcisionsdetektionsevner i millimeter-bølgeradaren.
Hvilke fordele holder Millimeter-bølgeradar over andre radarer i industrielle applikationer?
I øjeblikket er radarsensorer primært kategoriseret i tre typer: lidar, ultralydsradar og millimeter-bølgeradar. Hver type opererer efter forskellige principper og har forskellige detektionsevner. Nedenfor analyserer vi fordelene ved millimeter-bølgeradar i industrielle applikationer.
Overlegen penetrationsevne: Baseret på deres særskilte driftsprincipper udviser forskellige radarer forskellige penetrationsevner. Lidar er afhængig af laserstråler til at overvåge genstande og kan ikke trænge igennem forhindringer. Ultralydsradar registrerer objekter ved at udsende ultralydsbølger, som ikke kan trænge ind i tættere eller hårdere mål. Millimeter-bølgeradar registrerer objekter ved at udsende elektromagnetiske bølger, som kan trænge igennem adskillige ikke-metalliske materialer såsom vand, glas og vegetation. Blandt disse tre radartyper demonstrerer millimeter-bølgeradar overlegen penetrationsevne.
Lang registreringsrækkevidde
LiDAR overvåger objekter via laserstråler og opnår detekteringsafstande op til 50 meter, når de er uhindret. Ultralydsradar opnår højeste detektionsnøjagtighed mellem 0,1 og 3 meter, med typiske laterale detektionsområder på op til 8 meter. Det er almindeligt anvendt i bilradarsystemer. Millimeter-bølgeradar fungerer ved frekvenser mellem centimeterbølger og mikrobølger, og kombinerer fordelene ved både optisk radar og mikrobølgeradar for overlegen penetration. Dens typiske registreringsområde spænder fra 0 til 200 meter, hvilket gør den til den længste{11}}rækkeviddemulighed.
Det udviser stærk modstand mod interferens i driftsmiljøer. I modsætning hertil forringes LiDAR-ydeevnen under intenst sollys på grund af blændingsinterferens, hvilket påvirker detektionsresultaterne. Derudover kan høje temperaturer eller røgfyldte forhold kompromittere målenøjagtigheden. Ultralydsradar er afhængig af ultralydsbølger, der forplanter sig gennem et medium. Da hastigheden af ultralydstransmission varierer med forskellige medier, kan ugunstige vejrforhold som regn, sne eller sandstorme påvirke målenøjagtigheden. Millimeter-bølgeradar forbliver dog upåvirket af medium type, lysintensitet eller temperatur, hvilket giver stærk modstand mod ekstern miljøinterferens.
Millimeter-bølgeradar overgår LiDAR og ultralydsradar gennem fordele som udvidet detektionsområde, overlegen penetrationsevne og miljømæssig fleksibilitet. Det er nu bredt udbredt i industriel automation. For at understøtte dette har Texas Instruments introduceret specialiserede millimeter-bølgeradarchips til forskellige industrielle automationsapplikationer.
TI IWR1443 76–81GHz industriel sikkerhedsmillimeter-bølgeradarsensor
Efterhånden som de teknologiske muligheder udvikler sig, går traditionelle fabrikker over i retning af smart fremstilling ved at integrere automationsudstyr som robotarme og intelligente robotter. Sikkerheden er fortsat i højsædet i fuldautomatiske faciliteter. For at løse dette har TI udviklet industrielle millimeter-bølgesensorer til person- og objektdetektering. Når sensoren registrerer nærgående personer eller genstande, udløser den sikkerhedssystemer for at minimere kollisionshændelser. Millimeter-bølgesensorer bevarer detektionsnøjagtigheden upåvirket af høje støvniveauer eller varierende lysintensitet i fabriksmiljøer.
IWR1443 er en meget integreret millimeter-bølgesensorchip baseret på FMCW-teknologi. Den fungerer på tværs af 76-81GHz millimeter-bølgebåndet og har kortere bølgelængder sammenlignet med traditionelle 24GHz-bånd. Med en kontinuerlig båndbredde på 4GHz forbedrer den afstandsopløsningen, hvilket letter detektering af objekter i nærheden.
Chippen integrerer en lukket-sløjfe PLL ultra-præcis lineær frekvensmodulationspulsmotor internt. Den understøtter tre signaltransmissionskanaler og to signalmodtagelseskanaler med samtidig drift af to kanaler under millimeter-bølgesignaltransmission. IWR1443 består af to ARM Cortex-R4F radiokontrolsystemer: et til RF-kalibrering og sikkerhedsovervågning, det andet til chipmaster-styring, hvilket muliggør problemfri skift mellem master- og slave-dobbelttilstande.
Til grænseflader har den to SPI-grænseflader, der muliggør forbindelse med perifere processorer til kontrol. Strømstyring anvender et strømnetværk med lavt-udfald, hvilket forbedrer forholdet mellem strømforsyningsafvisning. IWR1443 fungerer inden for et bredt temperaturområde på -40 grader til 105 grader og bruger en kompakt 10,4 mm × 10,4 mm 161-benet BGA-pakke. Dette letter layoutdesign for ingeniører og minimerer pladsbehovet. Karakteriseret ved dens lille fodaftryk, lave strømforbrug, høje nøjagtighed og brede temperaturtolerance, er denne chip ideel til industrielle applikationer, herunder fabriksautomatisering, industrielle afstandssensorer, industrielle hastighedssensorer og sikkerhedsbeskyttelsesanordninger.
TI IWR6843 60–64GHz industriel smart robotmillimeter-bølgeradarsensor
Når industrirobotter opererer sammen med mennesker, bevæger de sig langsomt. Producenter af robotarme og automatiserede industrirobotter skal forbedre miljøfølende kapaciteter i robotdesign for hurtigt at detektere og forhindre potentielle kollisioner. For at løse dette udviklede TI IWR6843 millimeter-bølgeradarsensoren til robotter.
Denne intelligente sensorchip, baseret på FMCW-teknologi, udfører-realtidsdatabehandling og beslutningstagning-, mens den opererer i 60-64 GHz-frekvensbåndet. Den understøtter 4--kanalsmodtagelse, 3--kanals transmission af millimeterbølgesignaler, PLL closed-loop kontrol og hardwareacceleration. Dens specifikationer stemmer stort set overens med IWR1443, og adskiller sig primært ved at integrere en C674x DSP-signalprocessor for forbedret beregningskraft. Denne radarsensorchip detekterer objekter inden for 10 meter uden begrænsninger for typen af detekteret mål.
Med hensyn til detekteringsvinkel understøtter den en maksimal vidvinkeldetektion på 120 grader- for nøjagtigt at registrere det omgivende miljø og forhindre farlige kollisioner mellem industrirobotter og andre genstande eller mennesker. IWR6843 fungerer effektivt i miljøer med røg, støv eller dårlige lysforhold og kan detektere gennemsigtige genstande, opfylde industrielle produktionsbehov og løse udfordringer med menneskelig-maskininteraktion.
Oversigt
Den hurtige udvikling inden for industriel automatisering er tæt forbundet med sensorteknologi. Millimeter-bølgeradar skiller sig ud for sin penetrationsevne, detektionsrækkevidde og modstandsdygtighed over for miljøinterferens. Sammenlignet med lidar giver det en relativt lavere omkostningsfordel og er nu bredt udbredt i industriel produktion. Denne teknologi driver industriel automatisering fremad og positionerer den til at omfavne æraen af Industry 4.0 med forbedrede muligheder.