Umetna inteligenca, 5G in tehnologije velikih podatkov pospešujejo industrijske nadgradnje v vseh sektorjih. S prihodom dobe industrije 4.0 se industrijske tehnologije razvijajo v smeri večje inteligence in avtomatizacije. Tehnologija industrijske avtomatizacije je ključna točka sedanjega industrijskega razvoja Kitajske. Radarski senzorji z milimetrskimi-valovi, za katere je značilna njihova močna sposobnost prodora, se pogosto uporabljajo v projektih industrijske avtomatizacije. Standardizirano in učinkovito avtomatizirano delovanje inteligentne opreme, kot so industrijski roboti in robotske roke, je tesno povezano z visoko-natančnimi zmogljivostmi zaznavanja milimetrskega-radarja.
Kakšne prednosti ima radar z milimetrskimi-valovi pred drugimi radarji v industrijskih aplikacijah?
Trenutno so radarski senzorji v glavnem razvrščeni v tri vrste: lidar, ultrazvočni radar in radar z milimetrskimi valovi-. Vsaka vrsta deluje po različnih načelih in ima različne zmožnosti zaznavanja. Spodaj analiziramo prednosti radarja z milimetrskimi-valovi v industrijskih aplikacijah.
Vrhunska zmogljivost prodora: Različni radarji na podlagi svojih različnih načel delovanja kažejo različne zmogljivosti prodora. Lidar se zanaša na laserske žarke za spremljanje predmetov in ne more prodreti skozi ovire. Ultrazvočni radar zaznava predmete z oddajanjem ultrazvočnih valov, ki pa ne uspejo prebiti gostejših ali trših tarč. Radar z milimetrskimi-valovi zaznava predmete z oddajanjem elektromagnetnih valov, ki lahko prodrejo skozi številne-nekovinske materiale, kot so voda, steklo in rastlinje. Med temi tremi vrstami radarjev ima radar z milimetrskimi-valovi vrhunsko sposobnost prodora.
Dolg doseg zaznavanja
LiDAR nadzoruje objekte z laserskimi žarki in dosega razdalje zaznavanja do 50 metrov, ko ni ovir. Ultrazvočni radar dosega najvišjo natančnost zaznavanja med 0,1 in 3 metri, s tipičnim bočnim obsegom zaznavanja do 8 metrov. Običajno se uporablja v avtomobilskih radarskih sistemih. Radar z milimetrskimi valovi- deluje na frekvencah med centimetrskimi valovi in mikrovalovi ter združuje prednosti optičnega in mikrovalovnega radarja za vrhunsko penetracijo. Njegov običajni obseg zaznavanja sega od 0 do 200 metrov, zaradi česar je najdaljši{11}}domet.
Izkazuje močno odpornost na motnje v delovnem okolju. Nasprotno pa se zmogljivost LiDAR poslabša pod intenzivno sončno svetlobo zaradi motenj bleščanja, kar vpliva na rezultate zaznavanja. Poleg tega lahko visoke temperature ali dimljeni pogoji ogrozijo natančnost meritev. Ultrazvočni radar temelji na ultrazvočnih valovih, ki se širijo skozi medij. Ker se hitrost ultrazvočnega prenosa razlikuje glede na različne medije, lahko neugodni vremenski pogoji, kot so dež, sneg ali peščeni viharji, vplivajo na natančnost meritev. Na radar-milimetrskih-valov pa vrsta medija, jakost svetlobe ali temperatura ne vplivata, kar zagotavlja močno odpornost na zunanje okoljske motnje.
Radar z milimetrskimi-valovi prekaša LiDAR in ultrazvočni radar s prednostmi, kot so razširjeno območje zaznavanja, vrhunska zmogljivost prodora in okoljska prilagodljivost. Zdaj se široko uporablja v industrijski avtomatizaciji. Da bi to podprl, je Texas Instruments uvedel specializirane radarske čipe-milimetrskih valov za različne aplikacije industrijske avtomatizacije.
TI IWR1443 76–81GHz Industrial Security Milimeter{2}}Wave Radarski senzor
Ko tehnološke zmogljivosti napredujejo, tradicionalne tovarne prehajajo na pametno proizvodnjo z integracijo opreme za avtomatizacijo, kot so robotske roke in inteligentni roboti. Varnost ostaja najpomembnejša v popolnoma avtomatiziranih objektih. Za reševanje tega je TI razvil industrijske senzorje-milimetrskih valov za zaznavanje osebja in predmetov. Ko senzor zazna bližajoče se posameznike ali predmete, sproži varnostne sisteme, da čim bolj zmanjša trke. Senzorji milimetrskih-valov ohranjajo natančnost zaznavanja, na katero ne vpliva visoka raven prahu ali različna intenzivnost svetlobe v tovarniških okoljih.
IWR1443 je visoko integriran senzorski čip-milimetrskih valov, ki temelji na tehnologiji FMCW. Deluje v milimetrskem-pasu 76–81 GHz in ima krajše valovne dolžine v primerjavi s tradicionalnimi pasovi 24 GHz. Z neprekinjeno pasovno širino 4 GHz izboljša ločljivost na daljavo in olajša zaznavanje predmetov v bližini.
Čip notranje integrira ultra-natančen impulzni mehanizem PLL z zaprto{0}}zanko linearne frekvenčne modulacije. Podpira tri kanale za prenos signala in dva kanala za sprejem signala, s hkratnim delovanjem dveh kanalov med prenosom signala v milimetrskih-valovih. IWR1443 je sestavljen iz dveh radijskih krmilnih sistemov ARM Cortex-R4F: enega za RF kalibracijo in varnostni nadzor, drugega za nadzor nad čipom, ki omogoča brezhibno preklapljanje med glavnim in podrejenim dvojnim načinom.
Za povezovanje ima dva vmesnika SPI, ki omogočata povezljivost s perifernimi procesorji za nadzor. Upravljanje porabe uporablja nizko{1}}napajalno omrežje, kar izboljša razmerje zavrnitve napajanja. IWR1443 deluje v širokem temperaturnem razponu od -40 stopinj do 105 stopinj, uporablja kompakten 10,4 mm × 10,4 mm 161-pin BGA paket. To inženirjem olajša načrtovanje postavitve, hkrati pa zmanjša prostorske potrebe. Ta čip, ki ga odlikujejo majhen odtis, nizka poraba energije, visoka natančnost in široka temperaturna toleranca, je idealen za industrijske aplikacije, vključno s tovarniško avtomatizacijo, industrijskimi senzorji razdalje, industrijskimi senzorji hitrosti in varnostnimi zaščitnimi napravami.
TI IWR6843 60–64GHz industrijski pametni robotski milimetrski{2}}radarski senzor
Ko industrijski roboti delujejo skupaj z ljudmi, se premikajo počasi. Proizvajalci robotskih rok in avtomatiziranih industrijskih robotov morajo izboljšati zmožnosti zaznavanja okolja v zasnovah robotov za hitro odkrivanje in preprečevanje morebitnih trkov. Da bi rešili to težavo, je TI razvil milimetrski{3}}radarski senzor IWR6843 za robote.
Ta inteligentni senzorski čip, ki temelji na tehnologiji FMCW, izvaja-obdelavo podatkov in{1}}odločanje v realnem času, medtem ko deluje v frekvenčnem pasu 60–64 GHz. Podpira 4-kanalni sprejem, 3-kanalni prenos signalov milimetrskih valov, nadzor PLL z zaprto zanko in strojno pospeševanje. Njegove specifikacije so v veliki meri usklajene z IWR1443, razlikujejo pa se predvsem po integraciji signalnega procesorja C674x DSP za izboljšano računalniško moč. Ta radarski senzorski čip zaznava predmete znotraj 10 metrov, brez omejitev glede vrste zaznanega cilja.
Kar zadeva kot zaznavanja, podpira največ 120-stopinjsko širokokotno zaznavanje-za natančno zaznavanje okoliškega okolja in preprečevanje nevarnih trkov med industrijskimi roboti in drugimi predmeti ali ljudmi. IWR6843 učinkovito deluje v okoljih z dimom, prahom ali slabimi svetlobnimi pogoji in lahko zazna prosojne predmete, s čimer izpolnjuje potrebe industrijske proizvodnje in obravnava izzive interakcije med človekom-strojem.
Povzetek
Hiter napredek industrijske avtomatizacije je tesno prepleten s senzorsko tehnologijo. Radar z-milimetrskimi valovi izstopa po svoji zmogljivosti prodora, dosegu zaznavanja in odpornosti na motnje okolja. V primerjavi z lidarjem ponuja razmeroma nižjo stroškovno prednost in je zdaj široko uporabljen v industrijski proizvodnji. Ta tehnologija poganja industrijsko avtomatizacijo naprej in jo postavlja v dobo industrije 4.0 z izboljšanimi zmogljivostmi.