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.

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.

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.

De vraag is niet of maar wanneer volledig autonoom rijden op de openbare weg eraan komt. De nieuwste Tesla’s kunnen het al en Automated Guided Vehicles (AGV’s) zijn aan de orde van de dag. In de voertuigen van de toekomst komen geavanceerde technologieën samen. Welke sensortechnieken dat zijn en wat hun voor- en nadelen zijn, lees je hier.

Een vliegtuig zonder piloot, of bus zonder bestuurder is binnen afzienbare tijd mogelijk. Alleen wettelijke en psychologische bezwaren staan ons nog in de weg; net zoals de stoomlocomotief in de 19e eeuw voor controverse en uitdagingen zorgde.

“Camera’s en verschillende soorten sensoren in gefuseerde sensorapplicaties zijn de ogen en oren van de toekomstige bestuurders van onze auto’s”, voorspelt business development manager Marco Leeggangers.

De evolutie van autonoom bewegen

Autonoom rijden was een van de hoofdthema’s op de IAA Frankfurt dit jaar. De auto-industrie werkt aan technologieën die volledig autonoom bewegen in de openbare ruimte mogelijk maken.

De autowereld hanteert een schaalniveau van 0 tot 5. Nul staat voor autorijden zoals we al een eeuw gewend zijn, zonder hulpmiddelen. Niveau 5 voor een volledig geautomatiseerde autorit, terwijl jij een boek leest of film kijkt.

Volgens Leeggangers moeten vanaf 2018 alle nieuwe automodellen op niveau 2 geautomatiseerd zijn om een 4- of 5-sterren veiligheidsrating te krijgen. “De auto is dan voorzien van geavanceerde hulpsystemen, Advanced Driver Assitance Systems (ADAS). Zoals Automatic Emergency Breaking, Lane Assistance en Road Edge Detection.”

Tesla heeft de sprong van ADAS naar autonoom gemaakt in zijn nieuwste modellen. De nieuwste versie van Tesla’s Autopilot balanceert al op de grens van niveau 4 en 5.

Bedrijfsmatige toepassingen: AGV’s

Het bedrijfsleven past al langer autonoom bewegende voertuigen (AGV’s) toe voor met name distributietoepassingen. In veel distributiecentra rijden automatische heftrucks rond en vindt orderpicking plaats met robots.

Nederland leidt de innovatie op het gebied van land- en tuinbouwautomatisering met UAV’s (drones) en AGV’s (robots voor het schoonmaken van stallen, voeren van vee, en logistieke handelingen in kassen).

Waarom willen we zelfrijdende voertuigen?

Leeggangers: “In mijn ogen is dit een logisch gevolg van de technologische evolutie. Eigenlijk past autonoom rijden wel bij de digitale revolutie, omdat grote hoeveelheden sensordata verwerkt moeten worden om zelfstandig op de omgeving te reageren. Bovendien maakt de zelfrijdende auto deel uit van het Internet of Things (IoT).”

De voordelen van autonoom bewegende voertuigen zijn legio:

• Positieve impact op de verkeersveiligheid. Geavanceerde computers kunnen menselijke taken efficiënter, beter en veiliger uitvoeren.
• Betere benutting wegcapaciteit. Zelfrijdende voertuigen rijden op kortere afstand van elkaar. Zo benutten ze de wegcapaciteit efficiënter, waardoor files afnemen en zelfs voorkomen kunnen worden.
• Betere mogelijkheden voor autodelen. Het gebruik van de zelfrijdende auto kan gepland worden zodat we hem kunnen delen. De auto voor woon-werkverkeer kan overdag voor iemand anders beschikbaar zijn. Autonoom rijden zal een impuls geven aan de voorspelde deeleconomie.
• Duurzaamheid: AGV’s doen hun taken efficiënter dan mensen en besparen in diverse branches grondstoffen en energie.
• Productiviteit: Een AGV wordt nooit moe, kan zwaardere taken aan en opereert foutloos.
• Kostenbesparing: AGV’s maken de volledige automatisering van distributieprocessen mogelijk. Ook in de land- en tuinbouw helpen rijdende robots kosten te beperken.

Detectie-uitdagingen voor afstandsmeting en positiebepaling

Om een voertuig autonoom te laten rijden heeft het een alomvattend beeld van de omgeving nodig. Voor het dynamisch genereren van een omgevingsbeeld zijn er vier detectie-uitdagingen.

1. 1. Het bepalen van de vrije berijdbare ruimte op het wegdek.
2. 2. Het bepalen van de geografische rijroute via de berijdbare ruimte.
3. 3. Het signaleren van bewegende objecten (andere weggebruikers en     bewegende obstakels).
4. 4. Het signaleren en interpreteren van wegsignalering, zoals verkeersborden, verkeerslichten, wegmarkering en andere visuele aanwijzingen.

Sensortechnologie is tegenwoordig zo ver gevorderd dat er voor alle detectie-uitdagingen oplossingen zijn.

Detectiemiddelen voor autonome voertuigen

Voor autonoom rijden en geavanceerde rijhulpmiddelen worden vooral radar-, lidar- en sonarsensoren toegepast. Gecombineerd met camera’s en GPS tast een voertuig zo zijn omgeving dynamisch af. Slimme software verwerkt de grote hoeveelheid data, waardoor het altijd weet waar het zich bevindt ten opzichte van objecten.

Deze technieken zijn mogelijk doordat processoren steeds krachtiger en kleiner zijn geworden.

Ontwikkeling sensortechnologie

Leeggangers geeft aan dat Sentech een rol speelt bij de ontwikkeling en R&D van sensortechnologie voor AGV’s. “Wij passen bijvoorbeeld al radar, lidar en ultrasoon toe in afstandssensoren en oriëntatiesensoren. Als onafhankelijke sensorintegrator werken we nu aan de integratie van radar en lidar in compacte ‘gefuseerde’ sensortoepassingen.”

Volgens de business development manager leidt sensor fusion tot slimmere en betere klantapplicaties, specifiek op het gebied van autonoom bewegen.

Voor- en nadelen sensortechnieken

De meest veelbelovende sensortechnieken voor zelfrijdende voertuigen zijn lidar en radar. Lidar tast de omgeving af met licht (laser of infrarood), terwijl radar dat met radiogolven doet. “De ontwikkeling van lidar en radar gaat heel hard. Dat komt doordat processorchips steeds kleiner worden en de techniek betaalbaarder is geworden,” aldus Leeggangers.

Lidar heeft grote voordelen bij remote sensing. Een daarvan is de hoge resolutie, die nodig is voor het nauwkeurig kunnen detecteren van stilstaande en bewegende objecten. Daarentegen hebben weersomstandigheden als mist en regen een grotere negatieve invloed op de nauwkeurigheid. “Lidar is geschikt voor het waarnemen van bewegende objecten in de directe nabijheid van een voertuig”, legt Leeggangers uit.

Radar kan verder kijken, maar met het toenemen van de afstand neemt de nauwkeurigheid af. Daarom is volgens hem radar geschikter voor het op afstand waarnemen van bewegende objecten voor het voertuig.

De toekomst van zelfrijdende voertuigen

“Bijzonder is dat de technologische visies van autofabrikanten onderling verschillen. De een heeft een voorkeur voor lidar, de ander voor radar. De autofabrikanten hebben een sensor-based-systeem als uitgangspunt gemeen. Wij zien een toekomst met geavanceerde fusiesensoren in geïntegreerde sensorapplicaties”, zegt Leeggangers.

Hij ziet ook nieuwe spelers op de markt voor autonoom rijden met een andere technologische insteek, zoals Google en Intel. Google heeft een eigen 3D-technologie ontwikkeld, op basis van route-informatie en 3D-kaarten.

Intel, de processorfabrikant, heeft zich met de overname van Mobileye op de markt voor autonoom rijden gestort. Het technologieconcern verwacht in 2021 zijn eerste zelfrijdende auto op de openbare weg. Intel gebruikt de meest geavanceerde visuele technologie (camera’s en software) in voertuigen voor het waarnemen van de omgeving.

Leeggangers verwacht echter dat sensoren altijd belangrijke schakels blijven in de technologie voor autonoom bewegen. “Je zult altijd redundante sensorsystemen nodig blijven hebben, als aanvulling op camera- of GPS-systemen. Hoe geavanceerd ook, alles kan stuk. Redundantie wordt dus steeds belangrijker naarmate het wagenpark evolueert richting volledige autonomie en verkeer zonder bestuurders.”

Meer over de ontwikkeling van lidar en radar

Sentech zet sterk in op de doorontwikkeling van lidar- en radarsensoren, met de nadruk op sensor fusion. Dit zijn de meest geschikte sensoroplossingen voor autonoom bewegen in de openbare ruimte en bedrijfsmatige omgevingen.

Sensor fusion is dé ultieme vorm van integratie en maakt next-generation automotive toepassingen mogelijk.

Lees er meer over en laat je in de goede richting sturen.