Cómo seleccionar y aplicar el radar para la detección en entornos difíciles

Las aplicaciones industriales y al aire libre y otros entornos difíciles presentan condiciones que pueden interferir con tecnologías de teledetección como los sensores ultrasónicos. Las inclemencias meteorológicas, el polvo y la suciedad, y los entornos de detección complejos son algunos de los problemas que pueden afectar a los sensores estándares.

Los sensores de radar pueden hacer frente a estos retos, detectando objetivos móviles y fijos en diversas condiciones ambientales. Este artículo repasa los escenarios en los que el radar puede superar a las opciones alternativas. Examina varios tipos de sensores de radar de Banner Engineering, sus aplicaciones y las consideraciones de diseño que hay que tener en cuenta al seleccionar un sensor.

¿Por qué utilizar sensores de radar?

El radar es resistente a la lluvia, el polvo y otras sustancias comunes transportadas por el aire, funciona igual de bien en espacios iluminados y sin iluminar, y no le afectan las variaciones de temperatura ni el viento. Puede detectar superficies con un amplio rango de acabados, geometrías y colores, y también penetrar materiales no conductores, lo que permite a los sensores de radar asomarse al interior de los contenedores.

Además, el radar puede utilizarse a distancias relativamente largas y es resistente a la diafonía, lo que le confiere ventajas para aplicaciones de corto alcance en las que los sensores están muy próximos.

Cómo funciona un radar

El radar hace rebotar las ondas electromagnéticas en los objetos y determina la distancia en función del tiempo que tarda en volver la señal. Los sensores de radar utilizan dos tecnologías principales: la onda continua de frecuencia modulada (FMCW) y el radar pulsado coherente (PCR).

El radar FMCW emite un flujo constante de ondas de radio, lo que permite la vigilancia ininterrumpida de objetos móviles y fijos. Los sensores PCR envían ondas de radio en impulsos, normalmente utilizando transmisores de baja potencia. Esto hace que los sensores PCR sean más adecuados para aplicaciones de corto alcance.

El alcance y la sensibilidad del material también dependen en gran medida de la frecuencia de funcionamiento. Las frecuencias más bajas son mejores para la detección a larga distancia y funcionan bien con materiales que tienen constantes dieléctricas altas, como los metales y el agua. Las frecuencias más altas ofrecen mayor precisión y son más adecuadas para detectar objetos más pequeños y una mayor variedad de materiales.

Diagramas de haces y zonas de detección

Los sensores de radar pueden optimizarse para centrarse en áreas de interés específicas y rastrear uno o varios objetos. Los parámetros clave son la distribución del haz, las zonas de detección y las zonas muertas.

Los sensores de radar emiten ondas de radio en un patrón específico, definido por ángulos horizontales y verticales. Los haces estrechos ofrecen una detección precisa y un mayor alcance, mientras que los haces anchos cubren áreas más amplias y detectan mejor los objetos de forma irregular.

Muchos sensores de radar permiten la configuración de múltiples zonas de detección dentro de su patrón de haz. Esta función permite escenarios de detección más complejos, como la configuración de parámetros diferentes para zonas cercanas y lejanas en aplicaciones de evitación de colisiones.

La zona muerta es el área situada inmediatamente delante del sensor en la que la detección no es fiable. Los sensores de mayor frecuencia suelen tener zonas muertas más cortas.

Identificar el sensor de radar óptimo: empezar por lo básico

A la hora de elegir un sensor de radar, hay que tener en cuenta numerosos factores. Además de los parámetros básicos de funcionamiento, los sensores de radar presentan diversas características que repercuten en su costo, durabilidad y facilidad de uso. La figura 1 muestra un diagrama de flujo que ilustra algunos de estos puntos de decisión utilizando como ejemplo los sensores de radar de Banner Engineering.

Figura 1: Se muestra un diagrama de flujo que ilustra el proceso de elección de un sensor de radar. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

La serie Q90R de Banner Engineering es un buen punto de partida. Estos sensores FMCW funcionan a 60 gigahercios (GHz) para equilibrar el alcance, la precisión y la capacidad de detección de materiales. Tienen un alcance de detección de 0.15 metros (m) a 20 m, una zona muerta de 150 milímetros (mm) y dos zonas de detección configurables.

Un ejemplo de uso de estos sensores es la detección de la llegada de camiones a un muelle de carga. En este caso, el diagrama de haz relativamente ancho de 40° x 40° facilita la búsqueda de una ubicación de montaje que mantenga el muelle a la vista.

El Q90R2-12040-6KDQ (Figura 2) se basa en estas capacidades con un campo de visión amplio y configurable (120? x 40?) y la capacidad de rastrear dos objetivos, lo que les permite abordar escenarios de detección más complejos.

Figura 2: El sensor de radar FMCW Q90R2-12040-6KDQ funciona a 60 GHz, puede seguir dos objetivos y tiene un campo de visión amplio y configurable. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

Selección de radares para aplicaciones de haz estrecho

En algunas aplicaciones, el radar debe detectar un blanco pequeño. En este caso, un sensor de la serie T30R (Figura 3) es una buena elección. Los sensores tienen un diagrama de haz de 15° x 15° o 45° x 45°, una frecuencia de funcionamiento de 122 GHz, un alcance de detección de 25 m, una zona muerta de 100 mm y dos zonas de detección configurables.

Gracias a su patrón de haz estrecho y a su alta frecuencia de funcionamiento, esta familia de sensores ofrece una detección precisa en áreas específicas. Por ejemplo, pueden utilizarse para controlar los niveles dentro de contenedores estrechos.

Figura 3: La serie T30R funciona a 122 GHz, tiene un haz de 15° x 15° y ofrece una detección precisa. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

La versión T30RW viene en un receptáculo IP69K adecuado para entornos de lavado a alta presión y alta temperatura, como los lavaderos de automóviles. Tiene un alcance de detección de 15 m y un diagrama de haz de 15° x 15°.

Selección de un sensor de radar para información visual

Aunque los sensores de radar suelen integrarse en sistemas de automatización más amplios, disponer de un indicador de estado de un vistazo puede resultar útil. En una estación de recarga de vehículos eléctricos, por ejemplo, una pantalla visual puede ayudar a los controladores a colocar correctamente sus vehículos.

Para aplicaciones como éstas, los LED integrados de la serie K50R desempeñan un valioso papel.

Destacan especialmente los modelos Pro, como el K50RPF-8060-LDQ (Figura 4), que ofrece una pantalla colorida y fácil de interpretar.

Figura 4: El K50RPF-8060-LDQ incorpora LED para información visual. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

Las especificaciones clave de la serie K50R incluyen una frecuencia de funcionamiento de 60 GHz, un alcance de detección de 5 m, una zona muerta de 50 mm, dos zonas de detección configurables y patrones de haz de 80° x 60° o 40° x 30°.

Selección de un sensor de radar de largo alcance

Para aplicaciones que requieren la detección a grandes distancias, un radar que funcione a 24 GHz suele ser la mejor opción. Estos dispositivos de baja frecuencia, como los de la serie QT50R, tienen un alcance de detección de 25 m que resulta valioso para aplicaciones como la evitación de colisiones para equipos móviles. La serie también dispone de una o dos zonas de detección configurables y un diagrama de haz de 90° x 76°. Su zona muerta mide 400 mm para objetos en movimiento y 1000 mm para objetos inmóviles.

Una característica notable del QT50R es su capacidad de configuración mediante interruptores DIP. Esto permite una configuración sencilla sobre el terreno. Sin embargo, algunas aplicaciones requieren configuraciones más sofisticadas.

Por ejemplo, el sensor Q130R (Figura 5) está diseñado para aplicaciones que requieren una capacidad de detección sofisticada y opciones de configuración avanzadas. Funciona a 24 GHz, tiene un alcance de 40 m, un diagrama de haz de 90° x 76° o 24° x 50°, una zona muerta de 1000 mm y proporciona una detección precisa de objetos móviles y fijos.

Figura 5: El sensor de radar Q130R está diseñado para aplicaciones que requieren capacidades de detección sofisticadas y proporciona una detección precisa de objetos en movimiento y estacionarios. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

En particular, el Q130R emplea una interfaz gráfica de usuario (GUI) basada en PC para realizar configuraciones y ajustes complejos. Por ejemplo, puede utilizarse para obtener información de posición en una estación ferroviaria con mucho tráfico. En esta aplicación, el sensor puede configurarse para ignorar los trenes estacionados en segundo plano en una vía mientras reconoce otros trenes cuando pasan por delante.

Conclusión:

Los sensores de radar tienen una capacidad única para funcionar en una amplia gama de entornos exteriores y adversos. Para aprovechar al máximo las ventajas de la tecnología de radar, es esencial analizar los requisitos de la aplicación y seleccionar un sensor con la frecuencia de funcionamiento y el diagrama del haz adecuados, entre otras especificaciones. Con un radar bien elegido se pueden abordar muchas aplicaciones de teledetección difíciles.