Technologie und Anwendungsbereiche von Radarsensoren
Erfahren Sie hier mehr über die Technologie, die Funktionsweise sowie die Einsatzgebiete von Radarsensoren.
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Radar steht für Radio Detection and Ranging und ist in der Automatisierungstechnik eine wichtige und innovative Technologie, die für zahlreiche Anwendungen sowohl in hygienischen als auch industriellen Umgebungen genutzt wird.
Radarsensoren senden elektromagnetische Wellen aus, wobei sich die Frequenzbereiche von ca. 30 MHz bis etwa 300 GHz erstrecken. Als aktives Sende- und Empfangsverfahren verwenden Radarsensoren die von Objekten oder Medien reflektierten Echos, um deren Abstand zum Sensor zu berechnen.
Die Radarsensoren von ifm nutzen das Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW)-Verfahren. Sie senden hochfrequente elektromagnetische Wellen mit sich periodisch ändernder Frequenz aus. Diese Wellen werden von Objekten reflektiert, von der Empfängerantenne des Sensors erfasst und ausgewertet. Anhand des Zeitversatzes zwischen dem gesendeten und reflektierten Signal können Informationen zum Abstand, zur Geschwindigkeit, zur Richtung und zur Position präzise ermittelt werden.
Bestmögliche Performance auch bei anspruchsvollen UmgebungsbedingungenDie Radartechnologie ist beständig gegenüber rauen Umgebungsbedingungen wie Witterung, Fremdlicht und Temperatur, so bleibt die Messung jederzeit präzise.
Große Distanzen überwindenDa sich Radarwellen frei in der Luft ausbreiten, können Objekte oder Medien in großer Reichweite erfasst werden. Je nach Art der Applikation und des Sensors kann der Erfassungsbereich bis 50 Meter betragen.
Verschiedene Materialien durchdringenDie von einem Radarsensor ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen können unterschiedlichste Materialien durchdringen. Insbesondere Kunststoff ermöglicht eine Abdeckung bzw. Verkleidung des Sensors, ohne die Messergebnisse zu beeinflussen.
Berührungslose TechnologieMit Radar können Objekte und Medien selbst in großer Entfernung ohne direkten Kontakt erfasst werden. Auch Eigenschaften wie Dichte, Viskosität, Temperatur und pH-Wert des Mediums haben keinen Einfluss auf die Messung.
Reaktionsschnell und präziseDie Technologie ermöglicht eine reaktionsschnelle, zuverlässige und hochgenaue Messung.
Der Radarquerschnitt
Der Radarquerschnitt (Radar Cross Section, kurz RCS) ist ein Maß dafür, wie gut ein Objekt durch Radar erkennbar ist. Er drückt aus, wie viel der emittierten Energie vom Objekt zurückgeworfen wird. Je größer der RCS-Wert, desto besser das Reflexionsvermögen und somit die Sichtbarkeit des Objekts.
Der RCS-Wert ist abhängig von Faktoren wie Material, Medium, Größe und Einfallswinkel, nicht aber von der Entfernung des Reflexionsziels, solange eine Reflexion durch die Entfernung nicht beeinträchtigt wird. Eine hohe Dielektrizitätskonstante sowie zunehmende Größe und Umfang des Objektes erhöhen die Sichtbarkeit.
Die Radarfrequenz und die Antennengröße
Die Radarfrequenz sowie die Antennengröße des Sensors sind zwei wesentliche Faktoren, welche über den Öffnungswinkel und somit über die Reichweite und die Präzision eines Radarsensors entscheiden.
Ein kleiner Öffnungswinkel ermöglicht eine starke Signalfokussierung, was sich positiv auf die Reichweite und Präzision des Sensors auswirkt. Zudem ermöglicht dies beispielsweise das Ausblenden von störenden Einbauten in Tanks.
Hier gilt:
- Je kleiner die Antennengröße, umso größer der Öffnungswinkel bei gleicher Frequenz.
- Je höher die Frequenz, umso kleiner der Öffnungswinkel bei gleicher Antennengröße.
- Hohe Frequenzen ermöglichen kompakte Bauformen, aufgrund der kleinen Wellenlänge.
Radarauflösung
Die Radarauflösung, auch als Trennungsvermögen bekannt, beschreibt die Fähigkeit eines Radars, nahe beieinander liegende Ziele deutlich voneinander zu trennen und als separate Ziele auszugeben. In Situationen, in denen sich Ziele nur geringfügig in ihren Messwerten unterscheiden, besteht das Risiko, dass sie verschmelzen und nicht individuell erkannt werden. Die Radarauflösung kann grundlegend in zwei Kategorien unterteilt werden:
Distanzauflösung
Die Distanzauflösung ist durch die Bandbreite des Übertragungssignals bestimmt und ermöglicht es dem Radarsensor, Objekte anhand ihrer Entfernungsunterschiede zu differenzieren.
Wenn Objekte sich in Bezug auf Seiten- und Höhenwinkel ähnlich zum Radar positionieren, kann das Radar sie dennoch zuverlässig aufgrund ihres Abstands voneinander trennen. Allerdings reicht die Entfernungsauflösung allein nicht aus, um eine genaue Ortung durchzuführen.
Winkelauflösung
Die Winkelauflösung beschreibt die Fähigkeit des Radars, Objekte anhand ihrer Winkelposition zum Radar zu unterscheiden. Hierbei kann in Seitenwinkel (Azimuth-Auflösung) und Höhenwinkel (Elevation-Auflösung) unterteilt werden.
Die Gestaltung des Öffnungswinkels der Radarantenne spielt eine wichtige Rolle bei der Winkelauflösung. Die Qualität der Winkelbestimmung wird dabei maßgeblich von der Anzahl und dem Design der Antennen beeinflusst.
Positionsbestimmung
- Förderbandkontrolle
- Positionsbestimmung von Fahrzeugen
- Abstandskontrolle und Höhenmessung
- Umfeldüberwachung und Kollisionsvermeidung
- Intelligente Zufahrtskontrolle
Hygienische Füllstandmessung
- in Lagertanks (bis 10 m)
- in Mischtanks mit Rührwerken
- in CIP-Tanks mit Sprayballs
Industrielle Füllstandmessung
- in Lagertanks (bis 10 m)
- in Kunststoffbehältern (z.B. IBC)
- im Freien
- Venturi-Durchflussmessung