열악한 환경에서의 감지에 적합한 레이더를 선택하고 적용하는 방법

실외 및 산업 응용 분야와 기타 열악한 환경에는 초음파 센서 같은 원격 감지 기술을 저해할 수 있는 조건이 존재합니다. 악천후, 먼지, 이물질, 복잡한 감지 환경 등 표준 센서에 영향을 줄 수 있는 몇 가지 문제점이 있습니다.

레이더 센서는 다양한 주변 조건에서 움직이는 대상과 정지된 대상을 감지하여 이러한 문제를 해결할 수 있습니다. 이 기사에서는 레이더가 대체 옵션보다 뛰어난 성능을 발휘할 수 있는 시나리오를 검토합니다. Banner Engineering에서 출시한 여러 레이더 센서 유형 및 응용 제품, 센서 선택 시 기억해야 할 설계 고려 사항을 살펴봅니다.

레이더 센서를 사용하는 이유

레이더는 비, 먼지 및 기타 일반적인 공기 중 물질에 대해 저항력이 높고, 조명이 있는 공간과 없는 공간에서 똑같이 잘 작동하며 온도 변화와 바람의 영향을 받지 않습니다. 레이더는 다양한 마감, 형상, 색상의 표면을 감지할 뿐만 아니라, 비전도성 물질을 투과할 수 있으므로 레이더 센서는 컨테이너 내부를 들여다볼 수 있습니다.

또한 레이더는 비교적 먼 거리에서도 사용할 수 있고 누화에 강해 센서가 근접해 있는 단거리 응용 분야에 유리합니다.

레이더 작동 방식

레이더는 대상 물체에서 전자기파를 반사하여 신호가 돌아오는 시간에 따라 거리를 결정하는 방식으로 작동합니다. 레이더 센서는 주파수 변조 지속파(FMCW)와 펄스형 가간섭성 레이더(PCR)라는 두 가지 주요 기술을 사용합니다.

FMCW 레이더는 일정한 무선 전파 스트림을 방출하여 움직이는 물체와 정지된 물체를 중단 없이 모니터링할 수 있습니다. PCR 센서는 일반적으로 저전력 송신기를 사용하여 무선 전파를 펄스 형태로 전송합니다. 따라서 PCR 센서는 단거리 응용 분야에 더 적합합니다.

범위와 물질 감도 또한 작동 주파수에 따라 크게 영향을 받습니다. 주파수가 작을수록 장거리 감지에 적합하며 금속이나 물과 같이 유전체 상수가 높은 물질에 잘 작동합니다. 주파수가 높을수록 정확도가 높아지고 작은 물체와 다양한 물질을 감지하는 데 더 적합합니다.

빔 패턴 및 감지 영역

특정 관심 영역에 초점을 맞추고 하나 또는 여러 개의 물체를 추적하도록 레이더 센서를 최적화할 수 있습니다. 주요 파라미터에는 빔 패턴, 감지 영역, 데드 존이 포함됩니다.

레이더 센서는 수평 및 수직 각도로 정의된 특정 패턴으로 무선 전파를 방출합니다. 좁은 빔 패턴은 정밀한 감지와 더 긴 감지 범위를 지원하는 반면, 넓은 빔 패턴은 더 넓은 영역을 포괄하고 불규칙한 형태의 물체를 더 잘 감지합니다.

대부분의 레이더 센서는 빔 패턴 내에서 여러 감지 영역을 구성할 수 있습니다. 이 기능을 활용하면 충돌 방지 응용 제품에서 근거리 영역과 원거리 영역에 대해 서로 다른 파라미터를 설정하는 등 보다 복잡한 감지 시나리오를 구현할 수 있습니다.

데드 존은 감지가 불안정한, 센서 바로 앞 영역을 말합니다. 일반적으로 센서의 주파수가 높을수록 데드 존은 더 짧습니다.

최적의 레이더 센서 식별: 기본 사항부터 고려하기

레이더 센서를 선택할 때 고려해야 할 요소는 많습니다. 레이더 센서에는 기본 작동 파라미터 외에도 비용, 내구성, 사용 편의성에 영향을 미치는 다양한 특징이 있습니다. 그림 1은 Banner Engineering의 레이더 센서를 예로 들어 이러한 결정 포인트 중 일부를 설명하는 흐름도입니다.

그림 1: 레이더 센서 선택 과정을 설명하는 흐름도 (이미지 출처: Banner Engineering)

Banner Engineering의 Q90R 계열은 입문용으로 권장되는 제품입니다. 이 FMCW 센서는 60GHz에서 작동하여 범위, 정확도, 물질 감지 기능 간에 균형을 유지합니다. 이 센서의 감지 범위는 0.15m ~ 20m이고, 데드 존은 150mm이며, 구성 가능한 감지 영역은 2개입니다.

예를 들면 이러한 센서를 사용해 하역장에 도착하는 트럭을 감지할 수 있습니다. 이 경우 비교적 넓은 40° x 40° 빔 패턴을 사용하여 하역장을 잘 볼 수 있는 실장 위치를 쉽게 찾을 수 있습니다.

Q90R2-12040-6KDQ(그림 2)는 이러한 기능을 기반으로 폭넓은 시야각(120° x 40°)을 구성할 수 있으며, 두 개의 대상을 추적 가능하므로 보다 복잡한 감지 시나리오를 처리할 수 있습니다.

그림 2: Q90R2-12040-6KDQ FMCW 레이더 센서는 60GHz에서 작동하고 두 개의 대상을 추적할 수 있으며 넓은 시야각을 구성할 수 있습니다. (이미지 출처: Banner Engineering)

좁은 빔 응용 분야에 적합한 레이더 선택

일부 응용 분야에서는 레이더가 작은 표적을 구분해야 합니다. 이 경우 T30R 계열의 센서(그림 3)를 선택하는 것이 좋습니다. 이 센서는 15° x 15° 또는 45° x 45° 빔 패턴, 122GHz 작동 주파수, 25m 감지 범위, 100mm 데드 존, 2개의 구성 가능한 감지 영역을 지원합니다.

이 센서 제품군은 좁은 빔 패턴과 높은 작동 주파수를 통해 특정 영역에서 정밀한 감지 성능을 발휘합니다. 예를 들어 좁은 컨테이너 내에서 레벨을 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다.

그림 3: T30R 계열은 122GHz에서 작동하고 15° x 15° 빔과 정밀한 감지 기능을 제공합니다. (이미지 출처: Banner Engineering)

T30RW 버전은 세차장 등 고압, 고온의 세척 환경에 적합한 IP69K 하우징으로 제공됩니다. 감지 범위는 15m이고 빔 패턴은 15° x 15°입니다.

시각적 피드백을 위한 레이더 센서 선택

레이더 센서는 일반적으로 대규모 자동화 시스템에 통합되지만, 한 눈에 볼 수 있는 상태 표시기가 있으면 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어 전기 자동차(EV) 충전소에서는 시각적 디스플레이를 통해 운전자가 차량의 위치를 정확하게 파악할 수 있습니다.

이러한 응용 분야에서는 K50R 계열의 내장형 LED가 중요한 역할을 합니다.

특히 주목할 만한 제품은 다양한 색상의 이해하기 쉬운 디스플레이를 제공하는 K50RPF-8060-LDQ(그림 4)와 같은 프로 모델입니다.

그림 4: K50RPF-8060-LDQ에는 시각적 피드백을 위한 LED가 통합되어 있습니다. (이미지 출처: Banner Engineering)

K50R 계열의 주요 사양으로는 60GHz 작동 주파수, 5m 감지 범위, 50m 데드 존, 2개의 구성 가능한 감지 영역, 80° x 60° 또는 40° x 30° 빔 패턴이 있습니다.

장거리 레이더 센서 선택

장거리 감지가 필요한 응용 분야의 경우 대부분 24GHz에서 작동하는 레이더를 선택하는 것이 가장 좋습니다. QT50R 계열과 같은 저주파 장치는 감지 범위가 25m로 모바일 장비의 충돌 방지와 같은 응용 분야에 유용합니다. 또한 이 계열은 하나 또는 두 개의 구성 가능한 감지 영역과 90° x 76°의 빔 패턴을 갖추고 있습니다. 데드 존은 움직이는 물체의 경우 400mm, 정지된 물체의 경우 1000mm입니다.

QT50R의 주목할 만한 특징은 DIP 스위치를 통해 구성할 수 있다는 점입니다. 따라서 현장에서 간편하게 설정할 수 있습니다. 하지만 일부 응용 분야에서는 더 정교한 구성이 필요합니다.

예를 들어 Q130R 센서(그림 5)는 정교한 감지 기능과 고급 구성 옵션이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었습니다. 24GHz 작동 주파수 40m 감지 범위, 90° x 76° 또는 24° x 50° 빔 패턴, 1000mm 데드 존을 지원하며 움직이는 물체와 정지된 물체를 정확하게 감지할 수 있습니다.

그림 5: Q130R 레이더 센서는 정교한 감지 기능이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었으며 움직이는 물체와 정지된 물체를 정확하게 감지할 수 있습니다. (이미지 출처: Banner Engineering)

특히 Q130R은 복잡한 설정과 미세 조정을 위해 PC 기반 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 채택하고 있습니다. 예를 들어 분주한 철도역에서 위치 피드백을 제공하는 데 사용할 수 있습니다. 이 응용 분야에서 한 선로의 배경에 주차된 열차는 무시하고 앞을 지나가는 다른 열차는 인식하도록 센서를 구성할 수 있습니다.

결론

레이더 센서는 다양한 실외 및 열악 환경에서 고유하게 작동할 수 있습니다. 레이더 기술의 이점을 극대화하려면 응용 분야의 요구 사항을 분석하고 다른 사양 중에서 올바른 작동 주파수와 빔 패턴을 갖춘 센서를 선택하는 것이 중요합니다. 레이더를 잘 선택하면 원격 감지 응용 분야의 여러 가지 까다로운 문제를 해결할 수 있습니다.