最新毫米波雷达技术带来工业物联网智能化关键选择

  导 读

  毫米波作为一种非接触式传感技术,可用于检测物体,并提供物体的距离、速度和角度信息。其工作频谱范围为 30GHz 至 300GHz,具有较小的波长,因此可以提供亚毫米的测距精度。

  在5G、AR、云计算等技术席卷下,全球众多优秀制造企业都已经投身智能制造的火热浪潮中。当前,包括美国、德国、日本等国均从政策支持、经费资助、企业实践等多维度持续深化工业物联网发展,全球工业物联网领域竞争日趋激烈。据麦肯锡预测,到2025年以智慧工厂为代表的B2B产业的价值将达到3.9万亿美元。

  而超万亿的工业物联网,却是从一个个传感器开始的——从定位和邻近度测量,到确定液面位置和光照强度,传感器解决方案为我们提供了一个感测、数字化表达和处理周围世界的途径。这些种类繁多、遍布各处的传感器源源不断生成的数据,就构成了使整个智慧工业高效运转的前提,没有了这些数据,工业物联网的智能化就成了无源之水、无本之木。因此,面对全球化的工业4.0浪潮,提供高品质的传感器产品成为了包括ADI公司在内的各大解决方案提供商的重点。

最新毫米波雷达技术带来工业物联网智能化关键选择

  毫米波雷达技术为工业监测不受视角限制的“眼睛”

  特定的应用问题已经催生出大量不同的传感器技术,使得系统能够在各种各样的条件下,以不同的精度等级来感测周围情况。众多新型应用中无论是智慧工厂、楼宇自动化抑或是自动驾驶等等,开发人员都期待传感器能够将系统性能和效率提升到全新水平。在这种类繁多的传感器技术中,毫米波传感器(毫米波雷达)的出现可谓举足轻重。

  毫米波作为一种非接触式传感技术,可用于检测物体,并提供物体的距离、速度和角度信息。其工作频谱范围为 30GHz 至 300GHz,具有较小的波长,因此可以提供亚毫米的测距精度。此外,毫米波能够穿透塑料、墙板和衣服等特定材料,并且不受雨、雾、灰尘和雪等环境条件的影响。快速 FMCW(调频连续波)毫米波雷达还可以在密集场景中实现可靠运行、快速传感以及更低的模糊性,能够针对物体的距离和速度提供精确的测量,从而使毫米波传感器能够提供多维传感。

  以智慧工厂为例,随着工厂智能程度的提高,人与机器“携手并进”的情况更为广泛和频繁。为了减少在工厂自动化流程中有缺陷时出现潜在危险的可能性,需要通过安全防护装置进行事件管理。毫米波雷达由于其绕射透射能力强,可以“non-line-of-sight”完成感知,从而避免诸多与视角有关的限制。在工业应用中,毫米波传感器可用于高精度占位检测和防撞,其中人员的位置和速度可用于在人或物体靠近机器时触发系统报警。此外,毫米波传感器通过在单个芯片上集成精确感应与实时决策和处理功能,在边缘实现智能感应,可以进一步加速机器人系统的采用,实现更智能的机器人技术。

最新毫米波雷达技术带来工业物联网智能化关键选择

  毫米波雷达的另一个优势是尺寸。其使用毫米 (mm) 范围的波长发送信号,这是电磁谱中的短波长,因此处理毫米波信号所需的系统组件(比如天线)的尺寸可以做到很小。于此同时,它还可以提供非常高的分辨率,在 60-64GHz和76-81GHz 的频率下,将距离解析为波长的毫米波系统精度可达到毫米级。77GHz频段现已广泛应用于汽车ADAS和自动驾驶,但在非汽车应用领域受到严格限制。因此,在工厂自动化、楼宇自动化、城市交通管理,以及需要人机交互的场合,60GHz成为最佳选择。

  两款最新毫米波雷达升级工业条件下的监测

  ADI于2018年收购的Symeo是一家总部位于德国慕尼黑的工业雷达系统公司,在雷达硬件和软件方面拥有超过13年的经验,其独一无二的RF和传感器技术能够实现实时位置探测和距离测量,帮助系统集成商和OEM厂商为复杂、恶劣的工业应用环境提供高精度雷达解决方案。

  在前段时间举办的一场射频微波技术交流会上,ADI就展示了Symeo团队开发的适用于绝对定位和高分辨率成像应用的两款新一代毫米波工业雷达系统。这些传感器系统充分展示了ADI面向创新型高性能雷达应用的广泛系统、设计和算法的专业知识。

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ADI在展出的LPR-1DHP-200雷达测距系统

  其中最新产品为LPR-1DHP-200雷达测距系统。它在60GHz频段内具有7GHz带宽,支持从57到64GHz(包括ISM频段),同时支持初级雷达设备和次级雷达功能。该系统的精度小于5毫米,甚至更低。利用初级雷达系统,可测量距离达50m,而利用次级雷达设备则高达500m。该雷达的测量速度高达400Hz/s,且这项工业技术甚至可以在最恶劣的条件下工作,如下雨、起雾、下雪,而在这些条件下激光无法工作。

最新毫米波雷达技术带来工业物联网智能化关键选择
最新毫米波雷达技术带来工业物联网智能化关键选择
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LPR-1DHP-200的三种工作模式

  在系统上,LPR-1DHP-200采用了SHARC DSP以及ADI公司的完整信号链。ADI利用SHARC DSP处理距离以及ARM内核,Linux和导管构建web界面,使用者可以通过该web界面配置完整设备并查看该设备是否正常工作。利用FFT加速器和SHARC DSP,该系统可以在几百毫秒内计算16K FFT,这款雷达可用于工业测距、吊车测距、无人驾驶防撞、散装物料处理等。

  第二款雷达是MIMO发射雷达,它具有很高的距离和角度分辨率以及很好的速度估算功能,此雷达使用多根发射和接收天线来创建虚拟天线阵列,提供1.5厘米波束宽度和数GHz的扫频带宽,可以实现几厘米的距离分辨率,该系统支持高性能工业雷达应用,例如环境感知、障碍物探测和目标跟踪,可以为客户提供构建模式解决方案需要的完整可能性链。

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ADI展出的MIMO发射雷达

  总结

  近年来,ADI在工业物联网传感器领域进行了快速积极的布局,包括毫米波雷达,以及在测距能力更强、分辨率更高的激光雷达技术领域。除了上面提及的Symo收购,ADI也曾于2016年收购Vescent以加大纯固态激光雷达技术投入,进一步增强集成激光雷达系统的性能。(子午物联ziwuiot.com)这些收购案例都是ADI加速完整工业解决方案的缩影。

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