In de toekomst worden sensoren alleen maar slimmer en meten ze nauwkeuriger. Sensortechnologie is de basis binnen machinetoepassingen. Voor een (R&D) Engineer, zonder de juiste sensorkennis, wordt een succesvolle implementatie van nieuwe sensortechnologieën een echte uitdaging! Wat kun je verwachten in de toekomst van sensoren? Onze lijst van 21 technologische trends in sensortoepassingen geeft jou een compleet beeld.

Voor jouw vraagstuk wordt het steeds onoverzichtelijker welk type sensor geschikt is voor jouw specifieke situatie. Je loopt tegen uitdagingen en vraagstukken op componentniveau aan, waarbij je wel wat hulp kunt gebruiken. Dit artikel gaat onder meer over waar het naartoe gaat met slimme sensoren, sensor data fusion en de belangrijkste ontwikkelingsdoelen.

Waarom groeit de vraag naar slimme sensoren?

Onze behoefte aan nieuwe inzichten wordt groter en met deze inzichten krijg je meer mogelijkheden om te sturen. Door korter op de bal te spelen, kunnen processen effectiever en efficiënter worden. Je bereikt dus meer met minder inspanning. Eigenlijk streeft iedereen altijd naar efficiency.

Vroeger waren we niet bezig met zaken meten en het besparen van kosten. Dit is mogelijk geworden doordat we de omslag hebben gemaakt van een wereld met vooral mechanische meetprincipes naar een digitaal tijdperk met sensortechnologie. Hierdoor wordt er ook direct meer van ons en onze machines verwacht.

De digitalisering heeft een positief effect op onder meer het kostenaspect, de kwaliteit en de doorlooptijd van een productie. We willen meer produceren in een kortere tijd. Zo houden we meer tijd over om andere dingen te doen. En daarom groeit de vraag naar intelligente sensoren.

De vraag naar slimme sensoren groeit doordat we steeds meer meten.

Belangrijkste ontwikkelingsdoelen sensortechnologie

Als ontwikkelpartij, leverancier of klant van sensortechnologie heb je andere belangen die je afweegt. Denk aan kosten, kwaliteit en doorlooptijd. Dit beïnvloedt de keuze om bijvoorbeeld voor minder kwaliteit te gaan, omdat dit goedkoper is en misschien morgen al leverbaar.

Kobus: “Als je het hebt over innovatie beseffen we ons dat we de aarde en bronnen aan het uitputten zijn. De afweging van belangen is voor iedereen anders, zeker als je weet dat jouw keuze binnen twee of honderd jaar een complete uitputting teweegbrengt. Duurzaamheid is nu al een belangrijk doel bij sensorontwikkeling en -innovatie, maar in de toekomst 100% een thema.”

Lely helpt boeren met slimme machines in de agro om voedselproductie efficiënter te maken.

Efficiëntie en duurzaamheid

De balans tussen duurzaamheid en economisch gewin is bij een innovatietraject altijd aanwezig. Je kunt de afweging maken om een grote landbouwmachine zwaar en ontzettend duurzaam te maken. Het kost dan wel meer brandstof (dus geld) om deze over land te bewegen dan een lichtere machine.

Maak je dezelfde landbouwmachine ‘van mindere kwaliteit’, dan belast deze het milieu meer, maar kost wellicht minder in de productie ervan. Tegelijk ontstaat er door de kortere levensduur meer ruimte om sneller te innoveren. Bij een machine die heel duurzaam is, is innovatie over langer termijn niet mogelijk of nodig.

De genoemde afweging heeft natuurlijk altijd met kosten in verhouding tot de baten te maken. Duurzaamheid is dus in meerdere facetten een pré bij de ontwikkeling van een nieuwe machine met slimme sensoren.

Expertise ligt bij de expert

Iedereen weet in de toekomst van het bestaan van sensoren, maar het besef van welke grootheid deze meet wordt steeds kleiner. Een partij als Sentech voegt op dit punt waarde toe, omdat de achterliggende kennis bij de sensorexperts aanwezig is.

De klant wordt geholpen bij de keuze van de voor hem juiste sensortechnologie en hoe je deze goed integreert. Doordat kennis straks meer ontbreekt, kan bijvoorbeeld een situatie ontstaan dat iemand een lengte probeert te meten met een druksensor.

Dit lijkt misschien een gek voorbeeld, maar de diepere know-how ontbreekt en hierdoor verandert de toegevoegde waarde van een sensorexpert.

Balluf IP69K-sensor

De basis van nieuwe toepassingen voor sensoren

Het streven naar het beter maken van de machine van de klant ligt aan de basis van het ontwikkelen van nieuwe toepassingen voor sensoren. Wat is er belangrijk voor de klant, wat precies kan hem verder helpen en ziet hij dit zelf of voegt een sensorexpert daar zijn waarde toe? Hiervoor is continu leren en innoveren met nieuwe technologieën nodig. Ben jij al op de hoogte van de sensor trends van de komende jaren?

Innovatie gaat steeds sneller, mede door de komst van ‘sensor fusion’. Hierbij integreer je verschillende sensoren in één compacte sensorapplicatie. De combinatie van twee sensortechnieken levert meer nieuwe informatie op om applicaties slimmer en efficiënter te maken. Je doet aan ‘sensor data fusion’.

Sensor fusion als persoon

Het meest geschikte voorbeeld van sensor data fusion ben jij als persoon. Jij brengt verschillende grootheden bij elkaar, en bent vervolgens in staat te voorspellen op een efficiënte manier en hierop te anticiperen. Daar heb je alle sensoriek in jouw lichaam voor nodig. In de toekomst kunnen sensoren ook op deze manier zelfstandig werken. Een machine is dan zelflerend. Artificial intelligence met deep learning algoritmes is hierbij de uitkomst.

Sensor fusion maakt applicaties compacter en slimmer. Voorspellen op basis van sensordata en alogoritmes neemt een vogelvlucht.

Het beschikbaar maken van grote hoeveelheden data via sensoren, deze snel analyseren en verbanden leggen (tussen toepassingsgebieden) is de kracht van moderne applicaties. Slimme apparaten ontdekken hierbij veel meer mogelijkheden en modellen dan mensen dat kunnen.

Als sensoren samen als brein kunnen functioneren, dan worden mensen en beroepsfuncties in de toekomst snel vervangen. Ook hierbij draait het weer om efficiëntie en kostenbesparing. Vanuit onze menselijke behoeften, en soms ook noodzaak, worden nieuwe ontwikkelingen in hoog tempo doorgevoerd. Zo is de cirkel door sensor fusion weer rond.

Huiverig om data te delen

Het beschikbaar maken van grote hoeveelheden data is de sleutel voor toekomstige sensorontwikkelingen. Deze data is er niet alleen voor jezelf, maar deel je (in goed overleg) met partners, die ieder hun eigen specialisme hebben. Alleen door samenwerking maak je namelijk nieuwe verdienmodellen mogelijk en jouw machine beter.

De grootste drempel zit direct bij het openbaar maken van (sensor fusion) data. Data is namelijk macht, jouw geld, jouw bedrijfsgeheim. Door data met een partner te delen geef je waarde weg. Dus de vraag wat je ervoor terugkrijgt zal aan de orde van de dag zijn. Sensorinnovatie en de data die hierbij vrijkomt, creëert dus niet alleen nieuwe kansen, maar ook samenwerkingsuitdagingen.

Een dergelijke sensor die lichtreflecties meet kan in de toekomst draadloos werken.

Het ontwikkelproces van draadloze systemen gaat net zo lang door, totdat de capaciteit van batterijen dusdanig sterk is en chips écht klein genoeg zijn om minder stroom te gebruiken. De efficiency van het batterijgebruik wordt dus beter. Dat bij elkaar opgeteld maakt dat draadloze sensoren een succes gaan worden.

Het innovatiewiel draait alleen maar sneller

Je ziet dat er in de toekomst niet één specifiek voordeel uit sensoren komt, maar een combinatie van voordelen, die gericht zijn op een toepassingsgebied. Het besef van ‘dit gewin’ wordt bij iedereen groter, en tegelijk drukt het de marge op producten en diensten.

We worden ons dus niet alleen bewuster van de mogelijkheden van technologische vooruitgang, maar van de bijbehorende kosten en doorlooptijden. Doordat we alles zijn gaan meten en in de toekomst nog meer gaan doen, zal dit ‘innovatiewiel’ nóg sneller gaan draaien en worden onze behoeften groter. Sensoren vervangen hierbij onze eigen zintuigen.

Actieve sensorinnovatie vanuit een Research & Development gedreven afdeling maakt nieuwe sensortechnologieën voor machines sneller beschikbaar.

21 sensortrends in toepassingen van de toekomst

Slimmer, nauwkeuriger, sneller, draadloos, veiliger, zelflerend, kleiner, gestandaardiseerd… Er zijn veel sensorontwikkelingen in gang die allemaal om deze punten draaien.

Als (R&D) Engineer kun je de komende jaren verwachten dat het bijhouden van alle ontwikkelingen en mogelijkheden uitdagender wordt. Met deze lijst van 21 intelligente sensortoepassingen kun je jouw verwachtingen afstemmen op jouw projecten.

Door sensorinnovatie, maar ook door steeds snellere ontwikkeling van sensor fusion op chipniveau:

1. Wordt voorspellend onderhoud aan machines en apparaten steeds efficiënter, makkelijker, goedkoper en de uptime beter. Het onderhoud van de toekomst met sensoren wordt in plaats van via tijdschema’s naar behoefte uitgevoerd.
2. Wordt hierbij ook de veiligheid verhoogd, omdat onveilige situaties goed te voorspellen zijn.
3. Wordt autonome sensortechnologie mogelijk. Draadloos verbinden over lange afstanden met geïntegreerde energievoorziening.
4. Kunnen sensoren levenslang, zonder onderhoud, aanpassingen of kalibratie, zelflerend werken.
5. Nemen de mogelijkheden en toepassingsgebieden van roboticatechnologie sterk toe.
6. Oude en nieuwe technieken op chipniveau zijn in opkomst. Doordat zenders, ontvangers en printed circuit boards steeds kleiner worden, is er meer mogelijk met sensor fusion.
7. Zijn complexere detecties mogelijk: compensatie van technieken.
8. Zullen sensoren steeds meer inzichten bieden die ons gedrag veranderen. We stellen hierdoor andere eisen aan luchtkwaliteit, reizen, auto-onderhoud, leefstijl, verzekeringen, energiegebruik, etc.
9. Is een volledig geautomatiseerd beheer van de veestapel mogelijk. Ook precisielandbouw ligt dan binnen bereik.
10. Verbeteren de rendementen van boeren zodanig, dat zij goed kunnen concurreren op hoge kwaliteit en opbrengsten. Sensoren worden meer en meer gebruikt voor het onderzoeken van de bodemkwaliteit, het klimaat, gewassen, ziektes, plagen en onkruid.
11. Worden de (productie)kosten voor agrariërs lager en verbeteren de arbeidsomstandigheden op het land en in de stallen.
12. Geven nieuwe lidar-systemen autonome voertuigen echt ‘gezichtsvermogen’.
13. Wordt voetballen uitgerust met sensortechnologie.
14. Krijgen we te maken met synthetische sensoren.
15. Worden steden nog intelligenter en kunnen we het ecosysteem compleet maken. Denk aan de aanpak van wateroverlast, luchtkwaliteit, blauwalg, parkeren, veilige speeltuinen, monumentale bomen laten overleven en de bodemgesteldheid verbeteren.
16. Nemen componenten de rol van de menselijke zintuigen over. Gegevens worden nog betrouwbaarder en continu verzameld. Met slimme software en algoritmes wordt de data omgezet naar nuttige informatie.
17. Nemen we steeds meer zelf beslissingen op basis van zelf verzamelde sensorinformatie. We laten niets meer aan het toeval over.
18. Komen we sensortechnologie in elk aspect van ons leven tegen.
19. Zullen we nog meer sensoren inzetten voor een beter milieu, beter energiebeheer en groene kantoorgebouwen.
20. Worden sensoren goed geïntegreerde meetmodules, die makkelijk in gebruik zijn en snel aan te passen aan de betreffende applicatie.
21. Worden sensors echte ‘smart sensors’: intelligente meeteenheden, die zichzelf bewaken, statusdiagnoses verzenden naar het besturingssysteem en een betrouwbaar netwerk creëren van meet- en kalibratiegegevens.

Was jij op de hoogte van al deze ontwikkelingen? Mist er nog iets in de lijst, vanuit jouw ervaring? Laat het ons weten!

De toegevoegde waarde van een sensorexpert zit hem onder andere in de selectie van de voor jou allerbest passende sensortechnologie. Hij produceert gericht te integreren sensoroplossingen, die jouw machine beter maken.

Op naar succesvolle implementatie van sensortechnologie!

Een succesvolle implementatie van nieuwe sensortechnologieën kan een echte uitdaging zijn. Je wilt jouw machines intelligenter maken. Hoe gebruik je dan data ter verbetering van efficiency? En wat komt er allemaal op je af als engineer van de toekomst?

In ons gratis e-book lees je de antwoorden hierop, inclusief praktische voorbeelden van veel voorkomende sensorvraagstukken en oplossingen.

Challenge jezelf en neem direct de tijd voor deze download.

Lidar wordt steeds vaker toegepast in autonome systemen en robots. De technologie maakt het mogelijk om de omgeving in 3D waar te nemen en objecten nauwkeurig te detecteren. Dat is waardevol voor machines die moeten navigeren, obstakels moeten herkennen of hun omgeving in kaart moeten brengen. Door naar toepassingen buiten de agromarkt te kijken, ontstaan nieuwe ideeën hoe sensortechnologie zoals lidar in landbouwmachines waarde kan toevoegen. 

Landbouwmachines kunnen veiliger navigeren, obstakels vermijden en hun omgeving beter begrijpen bij toepassing van lidar. Ook in situaties met modder, trillingen en wisselende lichtomstandigheden. Door te leren van toepassingen in andere sectoren ontstaan nieuwe ideeën voor praktische lidar-toepassingen in de agro. Daarbij maken we gebruik van robuuste lidars van Ouster, die goed presteren onder zware omstandigheden.

Uitdagingen in de agromarkt

Sensorintegratie in landbouwmachines brengt een aantal typische uitdagingen met zich mee:

• Stof en vuil
• Sterke trillingen door bijvoorbeeld rijdende machines
• Weersinvloeden zoals regen, zon en temperatuurwisselingen
• Complexe en onregelmatige objecten, zoals gewassen, balen of dieren
• Dynamische omgevingen, met bijvoorbeeld mensen, dieren of andere machines op het erf

Sensoren moeten dus niet alleen nauwkeurig zijn, maar ook robuust en betrouwbaar in zware omstandigheden. Dit zijn precies de omstandigheden waar veel autonome systemen in andere sectoren ook mee te maken hebben.

3 praktijkvoorbeelden van lidar-toepassingen

Voorbeeld 1: autonome robots

Trombia ontwikkelt autonome elektrische straatvegers die zelfstandig straten reinigen. Voor navigatie en obstakeldetectie gebruiken deze machines lidar-sensoren.

De uitdagingen van een autonome veegmachine hebben overlap met autonome toepassingen in de agrarische sector. Zo moet de machine betrouwbaar blijven functioneren in een omgeving met veel vuil in de lucht, wisselende weersomstandigheden en complexe objecten zoals stoepranden, voertuigen en voetgangers. 

In deze toepassing maakt Ouster’s digitale lidar continu een 3D-beeld van de omgeving. Zo detecteert de machine obstakels en navigeert hij veilig.

Omdat lidar een actieve sensor is met een eigen lichtbron, werkt hij ook in het donker zonder extra verlichting. In situaties met stof of wisselend licht – waar camera’s moeite hebben – blijft lidar betrouwbaar functioneren.

In autonome agro-toepassingen moet een machine obstakels kunnen herkennen, veilig langs objecten navigeren en betrouwbaar blijven functioneren in een omgeving met stof en vuil. In de agro vertaalt dit naar bijvoorbeeld de onderstaande toepassingen:

• Voeraanschuifrobot in een stal, die zelfstandig langs hekken en voerplaatsen rijdt
• Veldrobot die autonoom navigeert tussen rijen gewassen

Voorbeeld 2: autonome off-road voertuigen

Forterra ontwikkelt technologie waarmee defensievoertuigen zelfstandig kunnen rijden in uitdagende off-road omgevingen. Denk aan terrein zonder rijstroken, met weinig zicht, slecht weer en beperkte GPS. Hun systemen zorgen dat voertuigen onder deze zware omstandigheden veilig, stabiel en betrouwbaar blijven functioneren.

Lidar is een van de belangrijkste sensoren in de oplossingen van Forterra. Het zorgt voor een continu en nauwkeurig 3D-beeld van de omgeving, rondom het hele voertuig. Met de digitale lidar-sensoren worden afstanden en obstakels nauwkeurig gemeten. Daardoor kunnen deze autonome voertuigen veilig rijden, zonder rijstroken of vaste referentiepunten.

In omgevingen waar zicht en GPS minder betrouwbaar zijn blijft lidar goed functioneren. Zo kunnen de voertuigen in complexe en onvoorspelbare situaties veilig blijven navigeren.

In de landbouw komen vergelijkbare uitdagingen voor, zoals offroad-navigatie, wisselend weer en vervuiling. Autonome oplossingen helpen het personeelstekort op te vangen, bijvoorbeeld:

• Zelfrijdende tractors
• Onbemande veldrobots
• Andere voertuigen die zelfstandig werken op akkers en weilanden

Voorbeeld 3: mapping met drones

Deep Forestry ontwikkelt autonome inspectiedrones die met lidar complexe omgevingen scannen en in kaart brengen.

Deze drone gebruikt een Ouster lidar systeem om een 3D-kaart van het bos te maken. Het systeem bepaalt de afstand tot elke boom en elk oppervlak en genereert zo een gedetailleerde puntenwolk van terrein en vegetatie.

In de landbouw kan lidar op een vergelijkbare manier worden ingezet als in bosbouw: het maakt een nauwkeurig 3D‑beeld van het terrein en de gewassen, waarmee analyses en slimme toepassingen mogelijk worden, bijvoorbeeld voor precisielandbouw. Voorbeelden van agro‑toepassingen zijn:

• 3D‑mapping van velden voor overzicht en planning
• Volumemetingen van gewassen of oogstproducten
• Analyse van terreinstructuur en vegetatie voor betere gewasinzichten

Een point cloud-beeld, gegenereerd door een lidar-sensor. De omgeving is zichtbaar als duizenden meetpunten die samen een 3D-beeld vormen. Dit is wat een lidar ‘ziet’: een nauwkeurige 3D-weergave op basis van afstand en reflectie. Objecten zoals muren, voertuigen en obstakels zijn zichtbaar als duidelijke vormen in de puntenwolk.

Aandachtspunten bij integratie lidar

Voor OEM’s die lidar willen integreren in landbouwmachines is meer nodig dan alleen het plaatsen van de sensor. Lidar-systemen bieden voordelen, maar het succes hangt sterk af van hoe ze worden geïntegreerd, en hoe de data wordt verwerkt. Enkele belangrijke aandachtspunten zijn:

• Montagepositie
  De positie van de sensor bepaalt het zichtveld en mogelijke dode hoeken. Vaak worden lidars hoger op de machine geplaatst voor een beter overzicht van de omgeving.
  
• Bescherming tegen vuil
  Modder en water kunnen de optiek beïnvloeden. Afhankelijk van de toepassing kan een beschermkap, luchtstroom of reinigingsmechanisme nodig zijn.
  
• Trillingen
  Landbouwmachines produceren vaak sterke trillingen. Een stabiele montage en trillingsdemping helpen om meetnauwkeurigheid te behouden.
  
• Dataverwerking
  Lidar genereert grote hoeveelheden data. Voor real-time toepassingen, zoals navigatie, moet deze data snel verwerkt worden door de juiste software.

Praktische lidar-integratie met Ouster en Sentech

Voor de integratie van digitale lidar-sensoren werken we samen met onze partner Ouster. Hun sensoren vormen de rode draad in de praktijkvoorbeelden uit dit blog.

Samen brengen we de technologie in de praktijk: Ouster met de hardware, en Sentech met lokale ondersteuning en integratiekennis in Nederland. Zo maken we de stap van sensor naar werkende oplossing voor machinebouwers.

Praktische lidar-integratie met Ouster en Sentech

Voor de integratie van digitale lidarsensoren werken we samen met onze partner Ouster. Hun sensoren spelen een centrale rol in alle praktijkvoorbeelden in deze blog.

Samen zetten we de technologie om in praktische toepassingen: Ouster levert de hardware en Sentech biedt lokale ondersteuning en integratie-expertise in Nederland. Zo helpen we machinebouwers de kloof tussen sensor en werkende oplossing te overbruggen.

Naast ultrasoon en radar wordt ook lidar steeds vaker ingezet voor afstandsmetingen en navigatietoepassingen in de agrarische sector. Lidar staat voor light detection and ranging. Vergelijkbaar met radar profiteert ook deze technologie van vergaande miniaturisatie en integratie tot op chipniveau.

Waar ultrasoon werkt met geluid en radar met radiogolven, doet lidar het met lichtpulsen. De grote hoeveelheid lasers op een chip zorgt voor een 3D-puntenwolk aan reflecties met zo’n hoge resolutie en precisie dat de omgeving rondom de sensor tot op de millimeter in kaart kan worden gebracht.

Lidar in navigatie-toepassingen

Lidar wordt met regelmaat ingezet in navigatie-toepassingen en fungeert als de ogen van een Automated Guided Vehicle (AGV) zoals een autonoom landbouwvoertuig. Op basis van alle reflecties die het ronddraaiende sensorsysteem terugmeet, krijgt bijvoorbeeld een landbouwvoertuig een fijnmazig beeld van zijn omgeving zodat hij over het veld kan navigeren en obstakels kan omzeilen.

Omdat lidar razendsnel is en ook tijdens beweging kan meten, is de technologie geschikt om met een AGV de groei in een fruitboomgaard nauwkeurig te monitoren; handig als er automatisch wordt gesnoeid. Of hang een lidar onderaan een drone en breng de gewassen van bovenaf in kaart. Hoewel de lichtpulsen van een lidar minder goed door gewassen dringen dan radargolven, biedt de puntenwolk met 5 miljoen datapunten per seconde veel details om de grond en de gewashoogte te meten.

De lidar OS1 van onze technologiepartner Ouster zorgt voor betrouwbare afstandsmetingen, zelfs onder regenachtige en uitdagende omstandigheden

Als je héél nauwkeurig wilt meten

Lidar is veel nauwkeuriger dan radar en geschikt om tot op de millimeter objecten, terreinen of gewashoogtes te detecteren. Het is zeer goed bestand tegen uitdagende weersomstandigheden, stof en vuil, en zeer lage en zeer hoge temperaturen. Wel is lidar vrij kostbaar in vergelijking met radar en ultrasoon.

Voorbeelden van lidar-toepassingen

• Navigatie van autonome landbouwvoertuigen
• Groei van gewassen in kaart brengen met 3D-mapping

Wil je meer concrete voorbeelden zien van hoe lidar in de landbouw kan worden toegepast? In dit blog bespreken we drie praktijkvoorbeelden, van autonome off-road voertuigen tot mapping met drones. Je leest hoe sensortechnologie in andere sectoren inspiratie kan bieden voor slimme agro-toepassingen.

De integratie van radar brengt technische en regelgevende uitdagingen met zich mee. Waar moet je rekening mee houden?

Wet- en regelgeving

Bij de integratie van een radarsensor is het van belang om goed te letten op de frequentieband waarin hij opereert. Want omdat radar een elektromagnetisch RF-signaal is, kan deze voor storingen zorgen op andere signalen, zoals op de 5G Wifi-band. Radar is daarom gebonden aan allerlei restricties, die vaak per land of regio verschillen.

In Engeland mogen radarsensoren bijvoorbeeld niet in de 24 GHz-band opereren, want die is gereserveerd voor de politie, die daarmee snelheidscontroles uitvoert. En in de VS is 60 GHz wel toegestaan, maar alleen als de signalen verticaal gaan, omdat het anders de datacommunicatie kan verstoren. Op een sproeiboom mag het dus, omdat het signaal dan op de grond is gericht. Maar het mag weer niet als zo’n constructie zijn armen kan inklappen en het signaal horizontaal wordt uitgezonden. Systeembouwers die wereldwijd hun producten willen afzetten, zullen alle regelgevingen dus goed moeten naleven.

Reflecties herkennen

Los van die wet- en regelgeving is de integratie van radarsensoren ook technisch niet altijd even eenvoudig. In tegenstelling tot de geluidsgolven van een ultrasoonsensor heeft het RF-radiosignaal van een radar een hoog doordringend vermogen. Een radarsensor kan daarmee door objecten heen kijken en achterliggende objecten herkennen, wat regelmatig heel handig is, maar het betekent ook dat hij meerdere reflecties terugkrijgt. Bovendien zijn sommige materialen doordringbaar voor radar, waardoor een zwakke reflectie ontstaat. Het is de kunst om uit al die signalen de juiste reflectie(s) te selecteren. Een kundige radarspecialist kan OEM’s helpen met de correcte target selection.

Hulp nodig bij radarintegratie? 

Het integreren van radar is uitdagend: van regelgeving tot het herkennen van reflecties. Wie dit goed doet, haalt het maximale uit de sensor en voorkomt verrassingen in de praktijk.

Onze radarspecialisten weten precies waar je op moet letten en kunnen je begeleiden bij elke stap van de integratie. Neem contact met ons op en ontdek hoe we samen radar efficiënt en betrouwbaar kunnen integreren in jouw toepassing.

In veel toepassingen is ultrasoon een prima keuze, maar er zijn situaties waarin radar echte meerwaarde biedt. Of het nu gaat om afstandsmetingen, objectdetectie of niveaubepaling, radar is betrouwbaar en veelzijdig.

De technologie werkt onder bijna alle weersomstandigheden, heeft een groot meetbereik en verbruikt weinig energie. Dit maakt radar een slimme keuze voor machinebouwers die op zoek zijn naar duurzame en efficiënte sensoroplossingen. Hieronder lees je waarom radar steeds vaker wordt toegepast in de agro sector.

1. Als je wil meten onder bepaalde weersomstandigheden en vervuiling

Een van de grootste voordelen van radar is de robuustheid onder verschillende weersomstandigheden. Regen, sneeuw en mist hebben weinig invloed op de prestaties. Ook vervuiling heeft nauwelijks effect omdat de radarsignalen een hoog doordringend vermogen hebben; ze kijken er gewoon doorheen. Dat maakt dat zo’n sensor, als dat nodig is, achter een beschermende kap kan worden geplaatst. Als bijvoorbeeld een robot met een radarsensor is uitgerust, zodat hij zich in een stal kan oriënteren, kan een gebruiker veel makkelijker het opgehoopte vuil wegvegen.

2. Als je door gewassen (of andere objecten) heen wil kijken

Het doordringend vermogen van radar biedt belangrijke voordelen. Zo kan een radarsensor door obstakels zoals gewassen heen meten, waardoor hij bijvoorbeeld geschikt is voor het meten van de afstand tot de grond. Dat lukt alleen met radar. Extra pluspunt in dit geval is dat een radarsensor ook snelheden kan registreren. Dit maakt het mogelijk om bewegingen nauwkeurig te monitoren en hierop te anticiperen.

3. Als je grote afstanden wilt meten

Radar heeft een enorm groot bereik. Radarsignalen kunnen makkelijk kilometers overbruggen. Iedereen kent de radarsystemen waarmee bijvoorbeeld vliegtuigen of boten op grote afstanden kunnen worden gedetecteerd, maar ook kleinere radaroplossingen halen grote afstanden.

Daarnaast is radar geschikt voor het meten van korte afstanden. Dat heeft alles te maken met de snelheid van de radarsignalen: met de snelheid van het licht ontvangt de radar een gereflecteerd signaal. Zo snel zelfs dat het systeem razendsnel moet reageren om de signalen bij te houden. Dat maakt dat je op heel korte afstand een beetje water bij de wijn moet doen als het gaat om de nauwkeurigheid. Maar met een precisie van 2 tot 3 millimeter is radar ook dan vaak geschikt.

4. Als je een lange levensduur belangrijk vindt

Een radarsensor heeft geen bewegende delen. Daardoor is hij niet gevoelig voor slijtage en gaat hij lang mee.

5. Als je een batterij wilt die jarenlang meegaat

Het ontbreken van bewegende delen zorgt ook voor een laag stroomverbruik. Zo kan een batterijgevoed radarsysteem in bijvoorbeeld een voersilo makkelijk tien jaar meegaan.

Radar integreren: waar ben je? 

Radar biedt veel voordelen, maar de integratie ervan vraagt om aandacht. Denk aan technische keuzes, plaatsing van de sensor en regelgeving waar je aan moet voldoen. Wie deze stappen goed doorloopt, haalt het maximale uit de technologie.

Ontdek in dit blog waar je rekening mee moet houden en hoe je radar soepel in jouw agro-toepassing implementeert. Lees verder en maak jouw project een succes.

Lidar is volwassen geworden als optische sensortechnologie. Hoewel het principe eenvoudig is, kostte het decennia om de technologie toegankelijk voor consumenten- en b2b-markten te maken. Het is dankzij de chiptechnologie een betaalbare techniek voor detectie en afstandsbepaling geworden. Fabrikanten van lidar-technologie maken de zelfrijdende auto mogelijk. In dit artikel lees je alle ins en outs van deze veelzijdige sensortechniek.

Lidar vindt zijn oorsprong in de lucht- en ruimtevaart. In vliegtuigen wordt de lasertechniek al langer gebruikt voor hoogtemeting ten opzichte van het onderliggende terrein. Naast autofabrikanten omarmen ook andere branches de voordelen van deze sensoren voor autonome bewegingstoepassingen. Zo wordt lidar toegepast in bijvoorbeeld Automated Guided Vehicles (AGV’s) en Autonomous Mobile Robots (AMR’s).

Ad Mulders, accountmanager bij Sentech, ziet veel beweging in de diverse markten. “Tegenwoordig worden lidar sensoren efficiënter en in grotere volumes geproduceerd. Daardoor zijn ze nu betaalbaarder voor integratie in applicaties.”

Mulders denkt verder vooruit. “Wij focussen op het integreren van lidar en radar in één compacte sensormodule. Met sensor fusion benut je de voordelen van beide detectietechnieken.”

Historie van Lidar

Lidar is ontstaan vlak na de uitvinding van de laser, in de jaren 60 van de vorige eeuw. Tijdens de Apollo 15-missie werd het gebruikt om het maanoppervlak gedetailleerd in kaart te brengen. De term was oorspronkelijk een combinatie van de woorden LIght en raDAR. Inmiddels is het verworden tot een afkorting van LIght Detection And Ranging, of Laser Imaging Detection And Ranging.

Tot voor kort werd de optische technologie vooral gebruikt voor onderzoek naar de atmosfeer en meteorologie, en toegepast in de lucht- en ruimtevaart. Doordat de technologie steeds verfijnder en goedkoper is geworden, hebben ook andere branches de technologie omarmd voor autonome bewegingstoepassingen.

Wat is lidar?

Het principe van lidar is eenvoudig. De optische meettechniek wordt op twee manieren ingezet. Als time-of-flight-lidar, om de afstand tot een object te bepalen; en als Doppler-lidar, om de snelheid van objecten te bepalen. De werking is vergelijkbaar met radar, dat werkt met radiogolven. Licht heeft een veel kleinere golflengte waardoor lidar kleinere objecten kan detecteren en scannen.

Het uitgezonden licht wordt gereflecteerd door het doelwit. De tijd tussen zenden en ontvangen wordt gebruikt voor afstandsmeting.

Bovendien verandert het doelwit de eigenschappen van het uitgezonden licht, afhankelijk van de materiaalsamenstelling en snelheid. Dat levert een lidar-instrument informatie op, waarmee onder andere de samenstelling en snelheid van het object bepaald kunnen worden.

Lidar gebruikt infrarood, zichtbaar of ultraviolet licht om objecten te scannen. Het kan een breed scala van materialen en objecten detecteren. Denk aan metalen en niet-metalen objecten, aerosolen, wolken, chemische stoffen, regen, stenen en zelfs één enkele molecuul.

De golflengten van de lichtbronnen variëren al naar gelang het doelwit. Het spectrum strekt zich uit van 10 micrometer (infrarood) tot ongeveer 250 nanometer (ultraviolet). Het uitgestraalde licht wordt weerkaatst door verstrooiing.

Afstandsbepaling met lidar

Het time-of-flight-principe wordt gebruikt om de afstand tussen het lidar-instrument en een object te bepalen. Een zender zendt lichtpulsen uit. Een ontvanger meet de tijdsduur tussen zenden en ontvangen van gereflecteerde fotonen.

Volgens de formule: d= (c × t)/(2 × n). ‘D’ staat voor de afstand in meters, ‘c’ voor de lichtsnelheid in vacuüm, ’t’ voor de tijdsduur in seconden en ‘n’ voor de brekingsindex van de lucht.

Snelheidsbepaling met lidar

Met lidar is het ook mogelijk de snelheid van een bewegend object te bepalen. Het instrument maakt daarbij gebruik van het Dopplereffect. Het natuurkundige fenomeen ontstaat wanneer een bron (of ontvanger) van golven beweegt ten opzichte van een medium.

Voor lichtbronnen geldt de volgende formule: v=(T1/T2-1) × c/n. ‘T’ staat voor de golfperiodes.

Meer informatie over het doelwit

Van recentere aard zijn geavanceerde lidar-toepassingen voor atmosferisch onderzoek. De verandering van de samenstelling van het teruggekaatste licht geeft informatie over het doelwit. Deze toepassingen meten bijvoorbeeld luchtvervuiling op basis van absorptie van licht door moleculen. Dit type staat ook bekend als DIAL (Differential Absorption Lidar).

Hoe werkt lidar?

Grofweg kan lidar in twee detectiemethoden onderverdeeld worden: incoherente of directe energiedetectie, en coherente detectie. Incoherente systemen meten de veranderingen in golfhoogte (amplitude) in het gereflecteerde licht. Coherente systemen meten de verschillen in golflengte (fase) en zijn geschikt voor snelheidsmeting.

Lichtpulssystemen

Er zijn twee systemen voor het genereren van lichtpulsen: micropuls-systemen en hoogenergetische systemen.

Micropulssystemen genereren onderbroken energiestralen. Ze zijn ontstaan dankzij de vooruitgang van lasertechnologie, gecombineerd met de alsmaar groeiende rekenkracht van microprocessoren. Deze systemen gebruiken aanzienlijk minder energie, waardoor ze veilig voor mens en dier zijn.

De krachtige hoogenergetische systemen gebruiken veel meer energie en worden vooral gebruikt voor atmosferisch onderzoek.

Samenstelling lidar-sensor

Een lidar-sensor bestaat in principe uit vier onderdelen.

1. Lichtbron
   Dat kan een laser-, led- of vcsel-diode zijn, die licht in pulsen uitzendt.
2. Scanner en optiek
   Deze onderdelen geleiden het licht – bijvoorbeeld via een oscillerende spiegel en/of (asferische) lens – naar buiten. Een lens bundelt het gereflecteerde licht naar een fotodetector.
3. Fotodetector en elektronica
   Afhankelijk van het meetdoel wordt het licht opgevangen in een fotodetector, bijvoorbeeld een solid-state-fotodiode. Elektronica verwerkt de beeldgegevens digitaal.
4. Positie- en navigatiesysteem
   Mobiele lidar-systemen hebben een gps-systeem nodig om de exacte positie en oriëntatie van de sensor te bepalen.

De verschillende lidar-systemen hebben een vergelijkbare output gemeen. Dat is een 3d-puntenwolk die op een kaart of bewegend beeld kan worden geprojecteerd. De sensor genereert zo een gedetailleerd beeld van zijn omgeving, maar kan ook additionele informatie over die omgeving geven.

Er zijn ook lidar-systemen die puur bedoeld zijn voor detectie en afstandsbepaling. Fabrikanten zoals Velodyne en Leddartech hebben dit specialisme geperfectioneerd en verfijnd, zodat ze geschikt zijn voor lidar-drones, -AGV’s en zelfrijdende auto’s. Later meer over de samenwerking tussen Sentech en Leddartech.

Lidar-sensortoepassingen

Lidar dankt zijn populariteit aan de nauwkeurigheid en hoge resolutie waarmee wetenschappers de wereld, onder water, aan het oppervlak en in de lucht in kaart hebben kunnen brengen. Tot voor kort was het nog een dure aangelegenheid en werd vooral voor onderzoek toegepast, en commercieel alleen in de lucht- en ruimtevaart.

Door kostendaling en technologische vooruitgang – vooral in kleinschaligheid, betrouwbaarheid en duurzaamheid – is lidar ook toegankelijk geworden voor een breed scala van commerciële toepassingen. Bijvoorbeeld in autonome voertuigen en robots.

Landbouw: detectie en autonome bewegingsfuncties

De landbouw kan lidar op verschillende manieren toepassen. Als meetinstrument in drones om grond topografisch in kaart te brengen en de gegevens te combineren met de opbrengst van gewassen. Zo kun je bepalen welke gebieden extra aandacht nodig hebben. Of voor autonoom bewegende voertuigen (AGV’s) in en om stallen en akkers, die de objecten en obstakels in hun omgeving detecteren.

Biologie en natuurbescherming

Lidar helpt overheden, wetenschappers en niet-gouvernementele organisaties om natuurgebieden in kaart te brengen en te beschermen. Bijvoorbeeld door boomhoogte, biomassa en biodiversiteit te meten.

Meteorologie en luchtkwaliteit

Meteorologische lidar-toepassingen ontstonden als eerste na de uitvinding van de laser. Tientallen jaren van doorontwikkeling hebben geleid tot geavanceerde systemen die een breed spectrum van meteorologische omstandigheden meten. Ze kunnen onder andere wolken in kaart brengen, windsnelheden meten, aerosolen bestuderen en de samenstelling van de lucht bepalen.

Daarmee helpt lidar om het klimaat en broeikasgassen, luchtvervuiling, branden, luchtvochtigheid en andere luchtcomponenten te bestuderen.

Autonoom rijden met lidar

Diverse autofabrikanten, Google en Intel ontwikkelen momenteel zelfrijdende auto’s. Volgens accountmanager Ad heeft elke fabrikant of ontwikkelaar zijn eigen voorkeur voor de technologische hulpmiddelen.

“Zo past Tesla radar toe, en combineert Google juist lidar en radar. Intel vertrouwt daarentegen volledig op cameratechnologie. Wat alle fabrikanten gemeen hebben, is dat ze visuele (camera)beelden met sensorinformatie combineren.”

“Die combinatie is nodig om veiligheid en betrouwbaarheid te waarborgen onder alle omstandigheden. Als door een verstoring een technologie faalt, zal de andere technologie nog wel detecteren en ingrijpen om naar een veilige modus te gaan”, aldus de accountmanager.

Lidar wordt in deze branche gebruikt voor detectie van objecten en afstandsbepaling rondom het voertuig. Mulders: “Het gaat om voertuigen in de breedste zin van het woord. Lidar wordt ook toegepast in zelfrijdende heftrucks in magazijnen, landbouwmachines, et cetera.”

Evolutie lidar – kleiner en goedkoper

De hoge kosten en omvang van lidar-systemen waren een belemmering voor commerciële toepassing in zelfrijdende voertuigen. Volgens het gerenommeerde weekblad The Economist kon een commercieel lidar-systeem in 2016 nog z’on 50.000 dollar kosten.

Daar is verandering in gekomen. Diverse sensorfabrikanten, zoals Velodyne, Infineon en LeddarTech, ontwikkelen en produceren momenteel al kleinere en veel goedkopere lidar-sensoren. Dankzij geavanceerde en goedkoper wordende chiptechnologie.

Alle sensordelen (laser, optiek en verwerking) kunnen daardoor op chipniveau gefabriceerd worden. Asferische lenzen elimineren de noodzaak voor bewegende spiegels om het licht breed te kunnen spreiden.

Lidar-sensorfabrikanten

Infineon werkt aan een miniatuursysteem: mems-lidar, dat een micro-elektromechanische (mems-)spiegel bevat. Deze geavanceerde minispiegel is uitgevonden door het Nederlandse Innolucence. Naar verwachting gaat een mems-lidar-sensor – met een bereik van 250 meter en een scancapaciteit van 5000 meetpunten per seconde – niet meer dan 250 dollar kosten.

Velodyne kondigde begin 2021 een compacte solid-state-lidar-sensor aan voor autonome voertuigen. LeddarTech loopt voorop in solid-state-lidar-technologie en heeft al een compact lidar-systeem op de markt gebracht: LeddarVU. De complete sensor weegt slechts 107 gram.

LeddarTech koploper in solid-state-lidar

Sentech past solid-state-lidar van LeddarTech toe in autonome bewegingstoepassingen bij verschillende opdrachtgevers. “Bijvoorbeeld op het gebied van agro-technologie”, zegt Ad. “We gebruiken sensortechnologie van LeddarTech voor landbouw-AGV’s.”

Volgens de accountmanager loopt de Canadese sensorfabrikant voorop in solid-state-lidar. “Een groot technisch voordeel is het ontbreken van bewegende onderdelen. Daardoor wordt de sensor robuuster en is hij geschikt voor extreme omstandigheden.”

“Een ander groot voordeel voor ons is dat deze fabrikant modules levert, waardoor wij sensorapplicaties op maat kunnen ontwikkelen”, zegt Mulders.

In een whitepaper over lidar-techniek beschrijft LeddarTech hoe het detectie en afstandsbepaling op een innovatieve wijze aanpakt.

Sensor fusion – voordelen lidar en radar combineren

Radar kan op grotere afstanden detecteren en kan door barrières kijken. “Daarom is radar interessant voor landbouwvoertuigen, omdat het de bodem door gewassen heen kan detecteren”, verklaart Ad.

Daarentegen biedt lidar een breder gezichtsveld en grotere resolutie, en kan het de grootte en vorm van objecten beter bepalen.

Mulders: “Daarom werken we bij Sentech aan sensor fusion van lidar en radar in één geïntegreerde sensortoepassing. Zo kunnen we de voordelen van beide sensortechnologieën benutten, zodat hun afzonderlijke nadelen teniet worden gedaan.”

Meer over zelfrijdende voertuigen

Lidar staat vol in de schijnwerpers als technologie voor zelfrijdende voertuigen. Ook Sentech is volop bezig met de doorontwikkeling, samen met Velodyne, LeddarTech en andere sensorfabrikanten.

Wil je weten hoe sensortechnologie autonoom rijden in een stroomversnelling brengt?

In de defensiesector is het veld geen vergevingsgezinde omgeving. Van zand en stof tot regen en extreme hitte: alleen robuuste sensortechnologieën zoals lidar, radar en hoogwaardige encoders leveren nauwkeurige en betrouwbare metingen, zodat voertuigen en drones hun taken veilig en betrouwbaar kunnen uitvoeren.

Lidar, radar en encoders bieden elk unieke voordelen, afhankelijk van de toepassing: van autonome navigatie en afstandsmetingen tot hoek- en positiemeting. Hieronder bespreken we de kenmerken en toepassingen van deze technologieën in defensietoepassingen.

Lidar: afstanden meten voor autonoom bewegen

Lidar gebruikt laserpulsen om afstanden tot objecten te meten. De technologie creëert een 3D-puntenwolk van de omgeving en maakt zo autonome navigatie mogelijk. Lidar-systemen worden veel toegepast op autonome vlieg-, vaar- en voertuigen zoals mijndetectierobots.

Lidar is zeer nauwkeurig en presteert goed bij wisselende licht- en weersomstandigheden. Er zijn draaiende varianten met een 360-gradenbeeld en compacte solid-state lidars zonder bewegende delen, die daardoor beter bestand zijn tegen slijtage.

Een 3D-puntenwolk zegt meer dan duizend woorden. Dit is de output van lidar.

Radar: afstanden en niveaus meten

Radarsensoren meten afstand, snelheid en niveau met behulp van radiogolven. Dankzij het hoge doordringend vermogen van radarsignalen kunnen radars door kunststoffen heen kijken. Daardoor zijn de modules eenvoudig in te bouwen en inzetbaar in zware en ruwe omstandigheden. Weersinvloeden en vervuiling hebben geen invloed op de meetresultaten.

Radarsensoren zijn zeer geschikt voor defensietoepassingen en de specifieke uitdagingen van die sector. Ze worden niet alleen gebruikt voor snelheids- en afstandsmetingen, maar ook voor niveaumetingen in bijvoorbeeld silo’s en tanks.

Encoders: positie- en hoekmeting

Encoders meten positie, snelheid en richting van een bewegend object. Ze zijn verkrijgbaar in verschillende technologieën. Voor positie- en hoekmetingen zijn inductieve en capacitieve encoders het meest geschikt. Ze meten contactloos, zijn ongevoelig voor vervuiling en voldoen aan de EMC-eisen van de defensiemarkt.

Inductieve encoders werken met elektromagnetische inductie en zijn bijzonder robuust. Capacitieve varianten meten met hoge resolutie en laten zich goed afschermen in een behuizing – ideaal voor ruwe omgevingen.

Download het e-book: robuuste sensorintegraties voor defensievoertuigen en -systemen

Wil je weten hoe je de juiste sensortechnologie kiest en integreert in defensievoertuigen en -systemen? Dit e-book helpt engineers bij OEM’s in de defensie-industrie om praktische keuzes te maken.

Je leest welke sensortechnologieën geschikt zijn voor defensietoepassingen, hoe sensorintegratie volgens MIL-SPEC en EMC bijdraagt aan betrouwbare prestaties onder extreme omstandigheden, hoe een strategisch ingerichte supply chain leveringszekerheid biedt, en krijgt een concreet praktijkvoorbeeld van een hoeksensor in een pantservoertuig.

In veel hightech toepassingen is gewone lucht eerder een last dan een hulp. In de halfgeleiderindustrie, precisie-instrumentatie en labautomatisering wordt daarom gewerkt in vacuümomgevingen. In deze ruimtes zijn bijna geen luchtdeeltjes meer aanwezig. Dat voorkomt vervuiling en verstoring, maar stelt ook extreme eisen aan componenten zoals sensoren die daar hun werk moeten doen. In deze blog duiken we in de wereld van sensoren in vacuüm: wat maakt meten in zo’n omgeving zo uitdagend, en welke oplossingen zijn er?

In een normale omgeving heerst een atmosferische druk die typisch zo’n 1000 millibar (of 100 kilopascal) bedraagt. Dat is de waarde die je afleest op een barometer, waarmee kenners het weer kunnen voorspellen. Voor veel (hightech) toepassingen is het noodzakelijk om in een speciale geconditioneerde vacuümomgeving te werken. Denk aan de semiconindustrie, waar het gebruikte EUV-licht door de lucht geabsorbeerd wordt. Of aan hoognauwkeurige positiemetingen, waarvoor verstoringen door luchtstromingen en turbulentie tot een absoluut minimum moeten worden beperkt.

Rondvliegende stofdeeltjes en moleculen kunnen in dat soort applicaties een vervuilende en zelfs belemmerende factor vormen die – zeker als ze beginnen op te hopen – het proces onmogelijk maakt.

Tussen de atmosferische druk en het – alleen theoretisch haalbare – perfecte vacuüm van 0 Pa zijn er heel wat gradaties. Of het nu gaat om de halfgeleiderindustrie, (medische) instrumenten, labautomatisering of nanomaterialen, elk toepassingsgebied heeft zijn eigen specifieke eisen aan hoe hoog het vacuüm moet zijn, aan welke mate van vervuiling nog toelaatbaar is en aan welke moleculen het meest kritiek zijn. Voor specialisten in vacuümtechnologie is het heel gebruikelijk om te werken met vacuümomgevingen tot zo’n 3 Pa.

Een omgeving met die miniem luchtdruk is niet eenvoudig te realiseren en stelt daarom hoge eisen aan alle objecten en materialen die je in zo’n vacuümkamer wil plaatsen. Dat geldt ook voor de gewenste sensoren. En die zijn vrijwel altijd nodig. Denk aan een druksensor om te bepalen hoe hoog het vacuüm in de kamer daadwerkelijk is, een temperatuursensor of afstandsmetingen om het proces te monitoren, of aan encoders om bewegingen in het vacuüm te kunnen reguleren. In deze blog bespreken we de uitdagingen en de oplossingen, en laten we zien welke mogelijkheden er zijn.

Sensoren in vacuümomgevingen: uitdagingen en oplossingen

Meten in vacuümomgevingen brengt unieke uitdagingen met zich mee. Materialen kunnen uitgassen, warmte kan nergens heen en niet elk component is bestand tegen het luchtledige. Toch moeten sensoren onder deze omstandigheden betrouwbaar blijven presteren. Welke uitdagingen en oplossingen kom je tegen bij sensoren in vacuümomgevingen?

Uitgassen

Een van de grote uitdagingen is dat alle materialen in een vacuüm ‘uitgassen’ (Eng: outgassing). Via verdamping of sublimatie geven ze in een vacuümomgeving kleine hoeveelheden gas af die niet of nauwelijks met een vacuümpomp kunnen worden weggezogen en dus de vacuümkamer vervuilen. Bij verontreinigingen zoals restanten vocht, kit of smeermiddel, of als verkeerde lijmen en epoxy’s worden gebruikt, is dat goed voor te stellen. Maar ook heel wat harde materialen zoals metalen of glas stoten in een vacuüm kleine hoeveelheden gas uit.

De eerste stap is vanzelfsprekend om sensoren en materialen te kiezen die zo min mogelijk last hebben van uitgassing, bijvoorbeeld omdat ze goed kunnen worden voorbehandeld. Een goede selectie is essentieel. Zo helpt het om sensorkoppen in keramiek uit te voeren. En voor pottingen is bijvoorbeeld Tra-Con Bipax een veel gebruikte materiaal. Pottingen worden gebruikt voor de afwerking van componenten en voor de opvulling van lege ruimtes in een systeem die anders lastig vacuüm getrokken kunnen worden.

De tweede stap in het minimaliseren van outgassing is om alle componenten extreem goed schoon te maken voordat ze het vacuüm ingaan. Want hoe minder vervuiling er wordt geïntroduceerd, hoe hoger het haalbare vacuümniveau wordt. Dat betekent een scherp ingericht productieproces en uiteraard gewoon heel goed poetsen met de juiste reinigingsmiddelen. Maar het gaat verder. Ook de bouwvorm van een systeem is belangrijk. Diepe hoeken of een profiel op een onderdeel kunnen handig zijn in de productie, of esthetisch interessant, maar het zijn plekken waar contaminaties zich kunnen ophopen. Denk dus altijd goed na over hoe essentieel en functioneel designkeuzes zijn want ze kunnen een vacuümomgeving beïnvloeden.

Bake-out oven

Ultra cleanliness bereik je natuurlijk door alle componenten goed voor te behandelen voordat ze de vacuümruimte ingaan. Dat kan onder meer door het uitgasproces vooraf te laten plaatsvinden in een zogenaamde bake-out oven. Door de hitte verdampen en sublimeren alle ‘losse’ deeltjes, zodat je daar geen last meer van hebt als dat component of die module later in een vacuüm wordt geplaatst. Bij Sentech hebben we een bake-out oven om onze sensormodules ultraschoon te kunnen aanleveren.

Hoe lang en bij welke temperatuur een component de bake-out oven in moet, is afhankelijk van hoe hoog de eisen zijn aan het vacuüm waar het voor is bedoeld. Er zitten wel limieten aan hoe hoog de temperatuur kan worden opgestookt. Alle sensoren hebben een maximale temperatuur waartegen ze bestand zijn. En omdat het proces ook duurder wordt als de oven langer of op hogere temperatuur aanstaat, is het zaak om steeds de juiste balans te vinden.

Steekproefsgewijs moet een productieproces worden gecontroleerd. Dat gebeurt voor deze stap aan de hand van een restgasanalyse (RGA). Omdat we niet ons eigen vlees willen keuren, laten we die extern uitvoeren door een gekwalificeerde partij. Dat soort controles is in de hele keten nodig. Als namelijk achteraf blijkt dat er ergens een foutje is gemaakt en het niveau van verontreiniging te hoog is, is het heel ingewikkeld om de root cause te achterhalen. Door continu te blijven valideren en monitoren, kunnen we eventuele problemen vroegtijdig afvangen.

Bake-out is een proces waarbij materialen worden verhit om gassen, vocht, oplosmiddelen of andere verontreinigingen te verwijderen. 

Temperatuur en koeling

Een vacuüm heeft als nadeel dat er letterlijk niets is om eventuele warmte van het proces of van de (elektronica)componenten af te voeren. Koeling aan de hand van luchtconvectie behoort dus niet tot de mogelijkheden. Dat maakt dat je goed over de temperatuurhuishouding moet nadenken. Als een systeem opwarmt, kan temperatuurdrift een sensormeting nadelig beïnvloeden; warmteontwikkeling gaat ten koste van de nauwkeurigheid. Kies daarom voor sensoren met een laag energieverbruik, zodat de opwarming minimaal is. Want ook hier geldt het cliché: voorkomen is beter dan genezen.

Als het toch echt noodzakelijk is, en het ontwerp daar ruimte voor laat, bestaat de optie om actieve koeling toe te voegen. Bijvoorbeeld door de warmte af te voeren via waterleidingen. Zo’n oplossing zorgt er wel voor dat een ontwerp gelijk een stuk complexer wordt.

Vacuümbestendige componenten

Het ligt voor de hand, maar alle componenten, elektronische onderdelen en sensoren die in een vacuümkamer worden gebruikt, moeten ook bestand zijn tegen het luchtledige. Communicatie en ervaring zijn daarbij ontzettend belangrijk, want vacuümbestendigheid is een eigenschap die over het algemeen niet in een spec sheet staat. Als modulebouwer of systeemleverancier moet je voortdurend in gesprek blijven met fabrikanten én met opdrachtgevers. Het is een ketenverantwoordelijkheid. En omdat het bovendien een vakgebied is dat zich blijft ontwikkelen, leert iedereen van elkaar en tillen toeleveranciers, specialisten en eindgebruikers de vacuümontwikkelingen als partners naar een hoger niveau.

Signaaloverdracht

Het meetsignaal van een sensor moet worden verwerkt. Zeker bij nauwkeurige metingen is het belangrijk dat ook de verwerking nauwkeurig gebeurt. Het is verstandig die processing unit buiten de vacuümkamer te plaatsen, want de benodigde elektronica genereert meer warmte dan in die omgeving wenselijk is, en neemt bovendien kostbare ruimte in beslag.

Er zijn heel wat zogenaamde feed-through-oplossingen beschikbaar die kunnen zorgen voor de signaaloverdracht van binnen naar buiten de vacuümkamer. Het maakt daarbij niet uit welke sensortechnologie wordt gekozen – optisch, inductief, capacitief. Uiteraard is het ook weer zaak om kabels te selecteren die geschikt zijn voor gebruik in vacuüm.

7 tips voor sensoren in vacuüm 

1. Kies materialen die goed te reinigen zijn en die zo min mogelijk uitgassen;
2. Pas de bouwvorm aan, zodat er geen verborgen hoeken en gaten zijn;
3. Gebruik low-powercomponenten, omdat warmteafvoer een uitdaging is;
4. Plaats de signaalverwerking buiten de vacuümkamer;
5. Maak gebruik van geschikte kabeldoorvoer voor de overgang van vacuüm- naar atmosferische omgeving;
6. Test modules onder realistische omstandigheden, zodat niemand aan het eind voor verrassingen komt te staan;
7. Werk samen met een specialist in vacuümintegratie; samen weet je meer.

Hulp bij jouw sensorintegratie in vacuüm

Sensorintegratie in vacuüm vraagt om meer dan het juiste component. Het vraagt om de juiste materiaalkeuze, een doordacht ontwerp, grondige validatie en, afhankelijk van je applicatie, de juiste sensortechnologie. Disciplines die wij bij Sentech in eigen huis hebben: van applicatieanalyse en engineering tot productie, validatie en doorlopende supply. 

Wil je sparren over sensorintegratie in jouw vacuümtoepassing? Vul het contactformulier in, dan nemen we zo snel mogelijk contact met je op.

Om onze klanten sneller te kunnen helpen, hebben we bij Sentech een belangrijke stap gezet: we voeren de bake-out van sensoren voortaan zelf uit. Bij sensoroplossingen waarvoor bake-out nodig is, verkorten we de doorlooptijd met minimaal twee weken doordat we deze processtap intern uitvoeren. 

Wat is bake-out? 

Bake-out is een proces waarbij materialen worden verhit om gassen, vocht, oplosmiddelen of andere verontreinigingen te verwijderen. Dit gebeurt in een vacuümgecontroleerde omgeving. Het doel is om deze stoffen vóór gebruik of montage uit het materiaal te verwijderen, zodat ze later geen problemen veroorzaken, bijvoorbeeld prestatieverlies of moleculaire contaminatie. 

Voor toepassingen in vacuümomgevingen, zoals de halfgeleiderindustrie, is deze reiniging belangrijk. Achtergebleven gassen kunnen niet alleen het vereiste vacuüm verstoren, maar ook reacties veroorzaken die de werking van systemen beïnvloeden of gevoelige onderdelen vervuilen. 

Reinheid op cleanroom-niveau 

Onze reinigingsprocessen voldoen aan strenge normen voor outgas rates van water (H₂O), vluchtige en niet-vluchtige koolwaterstoffen (CXHY v en CXHY nv). Daarmee behalen we hetzelfde reinheidsniveau als gerenommeerde marktstandaarden, waaronder de GSA-07-2220 ‘Grade 2: Vacuum cleanliness’ uit de semiconductormarkt. 

One-stop-shop voor sensorintegratie 

Sentech bood bake-out al langer aan als dienst voor klanten. Voorheen besteedden we dit proces uit aan externe partners. Met de komst van onze eigen bake-out oven kunnen we deze dienst in-house uitvoeren. Dat werkt veel efficiënter. We hebben niet alleen meer grip op kwaliteit en planning, maar ook verkorten we de doorlooptijd met minimaal twee weken. Zo zorgen we voor een efficiënter traject naar jouw eindproduct. 

Flexibele bake-out service 

Bij de integratie van een sensor in een applicatie, draait het om meer dan alleen de juiste sensortechnologie. Ook processen zoals bake-out zijn belangrijk om te voldoen aan de omgevingseisen van vacuümtoepassingen.  

Standaard bieden we bake-out aan als onderdeel van het totale productieproces rondom sensorintegratie in de semicon- en ruimtevaartindustrie. Heb je alleen behoefte aan een betrouwbare bake-out van losse componenten? Ook dan helpen we je graag verder! We denken mee over de juiste aanpak voor jouw situatie: welke onderdelen hebben bake-out nodig, welke parameters zijn belangrijk en hoe past dit in jouw productieproces. 

Ben je benieuwd naar de mogelijkheden voor jouw toepassing? Vul het contactformulier in en wij nemen snel contact met je op. 

De radar sensor meet afstanden, bewegingen en snelheid. Door de weerkaatsing van een hoogfrequentsignaal op een object, berekent de sensor de afstand tot het object. Het zendsignaal wordt weerkaatst door onder andere gebouwen en vloeistoffen. Dit maakt deze afstandssensor geschikt voor toepassingen zoals vloeistof niveaumetingen, afstandsmetingen in het verkeer en het opsporen van objecten.

Tegenover afstandssensoren zoals ultrasoon en laser, kan radar door materialen zoals kunststof heen meten. Hierdoor is de radar sensor onzichtbaar te integreren in jouw applicatie. Bovendien is deze robuuste technologie ongevoelig voor wind en vocht.

Hoe werken radar sensoren?

Radar werkt op basis van time of flight: de sensor meet hoelang een signaal onderweg is geweest. De geïntegreerde antenne van de radar sensor verstuurt een hoogfrequent signaal (62 GHz), oftewel het zendsignaal. In dit signaal zit ook een lagere frequentie gemoduleerd (10 MHz). Als het signaal wordt gereflecteerd door een object, ontvangt de sensor het signaal weer terug. De sensor meet de faseverschuiving tussen de twee frequenties. Het tijdsverschil tussen zenden en ontvangen bepaalt de afstand tussen het object en de sensor.

Frequenties zorgen voor mogelijkheden

Iedere frequentie heeft unieke eigenschappen. Afhankelijk van de frequentiehoogte heb je een ander type reflectie óf juist niet. Zo kan je met een 5 GHz radar heel goed regenwolken detecteren op hele grote afstanden. Die frequentie reflecteert namelijk heel goed op vochtkristallen. Als je bijvoorbeeld een radar van 60 GHz gebruikt, zal die regenwolken niet herkennen en er dwars doorheen gaan. Maar een vliegtuig of ander object reflecteert het signaal weer wel.

In tegenstelling tot radiosignalen van radiostations, worden radiosignalen van een radar sensor wel gereflecteerd door gebouwen en vloeistoffen. Dit komt doordat de frequentie van radar hoger is. Hoe hoger de frequentie wordt, hoe minder ondoordringbaar bijvoorbeeld een muur wordt.

Radar is een afkorting van Radio Detection and Ranging. Dit betekent vinden en meten (van objecten) met behulp van radiosignalen.

Hét alternatief voor ultrasoon en laser

Naast radar, kan je ook met ultrasoon en laser afstanden meten. Iedere technologie heeft zijn eigen voor- en nadelen. Zo kunnen geluidsignalen van ultrasoon niet door materialen zoals kunststof en gewassen meten. Ook lichtsignalen van lasers worden door deze materialen verhinderd. Daarnaast is geluid gevoelig voor verplaatsing door wind.

In tegenstelling tot geluids- en lichtsignalen kunnen radiosignalen van radar wel door de meeste materialen heen meten. Alleen metalen objecten zorgen ervoor dat het signaal wordt gedempt. Dankzij deze eigenschappen is radar geschikt voor landbouwmachines, bij het meten van de afstand tot de grond, zonder dat gewassen de meetresultaten beïnvloeden.

Toepassingen

Je vindt radar in zowel binnen- als buitentoepassingen. De radar sensor wordt ingezet bij afstandsmeting, zowel in de vertes als in hoogtes. Omdat iedere frequentie andere eigenschappen heeft, past radar in uiteenlopende toepassingen.

Vloeistof niveau meter

Bij de juiste frequentie, kan radar het vloeistofniveau in een tank meten. Het zendsignaal bereikt door de lucht het vloeistofoppervlak, wat het signaal weerkaatst. De sensor zorgt voor een betrouwbare meting, ook onder zware omstandigheden zoals damp en hoge temperaturen.

Afstandsmeting in het verkeer

Radar wordt ook gebruikt bij afstandsmetingen in het verkeer, zoals adaptive cruisecontrol in auto’s. Doordat de technologie vrijwel bij alle frequenties wordt weerkaatst door metaal, zorgt radar voor een veilige verkeerssituatie.

Afstandsmeting bij landbouwmachines

Ook in de agro sector zien we radar terug. Zoals in de sproeibomen van Agrifac. Hier meten radar sensoren twee afstanden: de afstand tussen de sproeiboom en de bodem en de afstand tussen de sproeiboom en het gewas. Ook meet de sensor de plantdichtheid.

5 voordelen van de radar sensor

De eigenschappen van radar bepalen of deze sensor een uitkomst is voor jouw applicatie. Dit zijn 5 redenen om te kiezen voor radar.

1. Onzichtbaar te integreren
   Omdat radiosignalen door kunststof heen gaan, is de sensor gemakkelijk weg te werken achter een kunststof plaat. Zo doet deze technologie geen afbreuk van het ontwerp van jouw applicatie.
2. Robuust
   Doordat radar zo goed is weg te werken achter materialen, is de sensor niet zichtbaar. Dit maakt hem robuust en voorkomt vandalisme. Bovendien beschermt deze integratie de sensor tegen omgevingsfactoren zoals vocht en vuil.
3. Geschikt voor zware omstandigheden
   Ten opzichte van ultrasoon en laser is de radar sensor minder gevoelig voor regen, sneeuw, hitte, stof, stoom en vuil. Bovendien zijn de metingen bij harde wind betrouwbaar, omdat het zendsignaal niet verwaait.
4. Veel materialen zijn meetbaar
   Ieder frequentieniveau heeft een andere reflectie en doordringbaarheid op materialen. Als je een materiaal juist wel óf niet wil meten, kan je de frequentie hierop afstellen.
5. Veilige technologie
   De door Sentech toegepaste radar werkt op basis van een one chip radar. Dit is een radar gebouwd op een Integrated Circuit (IC), oftewel een chip. Door deze kleine chip, kan je met minimaal vermogen uitzenden. Dit maakt deze technologie erg veilig voor mensen en dieren.

Uitdagingen bij radar integratie

Het meetbereik van radar is 180 graden. Als het meetbereik voor jouw applicatie te groot is, kan dat onbetrouwbare metingen opleveren. Soms wil je recht voor de sensor meten en het zendsignaal bundelen. In deze gevallen plaats je een dome over de radar sensor. Door het looptijdverschil tussen de verschillende kunststoffen wordt het zendsignaal naar één punt gebracht, als bij een richt antenne.

Nog meer meten met sensor fusion

Meerdere sensortechnologieën combineren in één toepassing. Dát is sensor fusion. Hierbij benut je de voordelen van beide sensorsoorten. Bovendien elimineren de technologieën elkaars nadelen.

Zo worden radar en lidar gecombineerd om voertuigen autonoom te laten rijden, zoals AGV’s. Het gebruik van twee sensortypen is nodig om de veiligheid van autonoom rijden te waarborgen.

Hoe integreer jij radar in jouw applicatie?

Als jouw applicatie vraagt om een afstandssensor, kan de radar sensor een optie zijn. Deze robuuste technologie is onzichtbaar weg te werken in jouw ontwerp. Bovendien zijn de meetresultaten ook betrouwbaar bij omstandigheden zoals wind, regen, stof en hoge temperaturen.

Of het nu gaat om vloeistof niveaumeting, afstandsmeting of het opsporen van objecten, grote kans dat radar past in jouw applicatie.

Sensortrends: slim ontwerpen en efficiënt inkopen (videopodcast)

De eisen aan machines worden steeds hoger. Van extreme nauwkeurigheid in hightech-toepassingen tot robuustheid in agro-toepassingen: sensoren moeten blijven presteren onder steeds uitdagendere omstandigheden. Hoe zorg je er als engineer of inkoper voor dat je de juiste keuzes maakt in ontwerp én inkoop? In deze podcast duiken we in de wereld van sensorintegratie, met inzichten die je direct kunt toepassen in jouw ontwikkel- en inkoopproces.

Onze sensorexperts bespreken de uitdagingen op het gebied van sensorintegratie en delen praktijkervaringen. Allemaal vanuit hun eigen invalshoek: sales, engineering en R&D. Daarbij gaan ze in op concrete vraagstukken zoals het kiezen van de juiste behuizing, de integratie van rotatie-encoders in vuile omgevingen en het waarborgen van langdurige leverbaarheid.

Maar het gaat om meer dan techniek alleen. Goede communicatie tussen engineering en inkoop is onmisbaar om tot toekomstbestendige sensorintegraties te komen. Hoe stem je technische eisen af op kosten, beschikbaarheid en levensduur? En hoe speel je in op trends als digital twinning, chip-integratie en de opkomst van radar en lidar?

Wat je kan verwachten

In deze podcast hoor je concrete praktijkvoorbeelden, eerlijke inzichten en heldere adviezen over:

• Het afwegen van precisie versus robuustheid
• Het managen van veranderingen in componenten
• De balans tussen innovatie en leveringszekerheid

Kortom: een aflevering vol nuttige inzichten voor iedereen die betrokken is bij het ontwerpen of inkopen van machines met sensortechnologie.

Bekijk of beluister de videopodcast ‘sensortrends: slimmer ontwerpen en efficiënt inkopen’

Sentech is een samenwerking aangegaan met lidar specialist Velodyne. Dit Amerikaanse bedrijf levert slimme lidar-oplossingen. Je ziet deze technologie onder andere terug in agv’s, bestuurdersassistentie, bezorging, robotica, navigatie en cartografie.

Velodyne is marktleider en wereldwijd bekend om zijn portfolio van baanbrekende lidar-sensoren. Hun productlijn bestaat uit een breed pakket aan sensoroplossingen. Waaronder de kosteneffectieve Puck, de veelzijdige Ultra Puck, de autonomie verbeterende Alpha Prime, en software voor bestuurdersassistentie, Vella. In 2022 en 2023 wordt het pakket uitgebreid met solid state 3D-oplossingen Velarray en Velabit.

Hoe werkt lidar?

Lidar staat voor ‘LIght Detection And Ranging’. Deze technologie gebruikt laserstralen om een point-Cloud – oftewel 3D-weergave – van de omgeving te creëren. Lidar levert sterke prestaties in een grote variatie van licht- en weersomstandigheden.

Een lidar-sensor zendt pulsen van onzichtbaar licht uit, die reflecteren vanaf objecten in de omgeving. Hoe de sensor de afstand berekent? De sensor gebruikt hiervoor de tijd die elke puls nodig heeft om naar de sensor terug te keren. Dit staat ook bekend als het time-of-flight principe. Dit proces wordt miljoenen keren per seconde herhaald. Zo ontstaat er een nauwkeurige realtime 3D-kaart van de omgeving.

Mogelijkheden lidar-technologie

Lidar is de enige technologie die nauwkeurig de omgeving in kaart brengt én de privacy van de omgeving bewaakt. Daarbij is de technologie met IP69 geschikt voor omgevingen met weersomstandigheden zoals regen. 3D solid state is verkrijgbaar vanaf 2022/2023.

Waarom partnership

De redenen waarom Velodyne voor een partnership met Sentech heeft gekozen zijn duidelijk volgens Maria Solovieva, Director of Sales EMEA bij Velodyne Lidar. ‘Sentech heeft een hele goede reputatie in de markt en een uitgebreide klantenkring in onze industrie. Hun expertise van sensortechnologieën is imposant. Sentech helpt klanten bij integratie van de sensor in hun applicatie. Ook ondersteunen zij hen zelfs bij het modificeren van deze sensor zodat tijd wordt bespaard in het productieproces. Kortom; voor ons zijn ze een ideale en betrouwbare partner.’