非接触式工业传感器的24GHz雷达,开启应用创新浪潮

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【嵌牛导读】小型化、低功耗、低成本是雷达方案提供商努力进行技术突破的主要方向,24GHz雷达实现小尺寸、低成本和易用性方面近年来获得长足进展,在物体检测、跟踪、安全控制和防撞警告系统等应用中开启了创新潮。

【嵌牛鼻子】24GHz雷达 雷达传感器

【嵌牛提问】什么是24GHz雷达?它主要用于哪里?有什么优势?

【嵌牛正文】

物理学家多普勒发现多普勒效应揭开人类近两百多年微波探测的魔法世界,基于多普勒效应的雷达技术不断推陈出新,将初期用于军事领域的“黑科技”广泛扩展到众多民用领域。其中K波段的24GHz雷达传感器就是目前民用领域中主流的产品,正在实现新一代现实的非接触式智能传感器应用,越来越多地用于汽车和无人机等工业和消费电子等大众市场。

这类雷达传感器可以提供有关物体存在、运动、角位置、速度以及与传感器几厘米到几百米的距离等实时信息。然而,若干年以来,毫米波雷达传感器在技术上突破有限,长期使用尺寸庞大、复杂且构建成本高昂的分立组件来实现,这限制了其在更广泛的市场中普及采用。小型化、低功耗、低成本是雷达方案提供商努力进行技术突破的主要方向,24GHz雷达实现小尺寸、低成本和易用性方面近年来获得长足进展,在物体检测、跟踪、安全控制和防撞警告系统等应用中开启了创新潮。

智能交通中的测速、测距与防撞继续火爆

24GHz雷达传感器用于智能交通领域,通常主要有三个功能:非接触式测量目标的运动速度、距离和方位角度信息。相比传统的喇叭天线,24GHz雷达传感器具有波束角度小、灵敏度高、体积小巧等优势。

测距最为常见的运用是汽车防撞控制,相比图像检测、超声波检测等方式,雷达具有更好的抗干扰能力,即使是恶劣环境条件下,对测量结果影响也较小。随着24GHz雷达技术的成熟、低成本化和小型化,在汽车巡航系统、盲点检测、汽车防撞控制等应用上成为主流检测方式。

随着无人飞行器的在民用市场的风靡,24GHz雷达在交通领域的成功应用进一步拓展到该领域。在去年的世界微波展上,ADI就展示了用于无人机高度监测、障碍物探测等功能、基于两发四收的24GHz雷达解决方案,相较于通道数较少的方案,可以实现更远的探测距离,更宽的速度探测范围,以及更高的距离、速度及角度分辨率。

图1:智能交通灯雷达传感器 3D目标跟踪。

工业雷达应用,依然大有可为

在工业控制领域运用有自动门感应器、节能扶梯感应器、隧道列车检测、打印机/传送带测速等,像天车防撞控制、雷达水位计等高端运用均可采用24GHz雷达传感器来实现。24GHz雷达传感器因为其波束方向性好、检测灵敏度高而在这些工业应用中获得广泛采纳。

图2:可用于测距、防撞、高度测量应用的ADI 24GHz雷达开发板。

作为雷达信号链的领头羊,ADI也非常看重工业雷达市场的机遇,在年初就宣布收购了一起重磅并购,收购了位于德国慕尼黑、源自Siemens(西门子)的企业Symeo GmbH,Symeo专注于为新兴的自动驾驶汽车和工业应用提供雷达硬件和软件。ADI对这桩收购的动机表示,Symeo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,为ADI补充该细分领域的市场解决方案。

雷达消费市场刚起步,潜力巨大

在走廊或楼梯时,大声跺脚和咳嗽触发声控的经历很多人都有,在更多的场景下,这种方式有非常大的缺陷,这时候24GHz雷达传感器大可派上用场,无需发出任何声音即可为你亮灯。同样的,一些家电厂商也在把这个功能加入到产品中实现智能化控制,比如在空调安装24GHz雷达传感器可以实时监控房间内是否有人,无人时自动关闭,以节省能源。

前不久ADI公司的产品应用工程师在前不久的国际微波技术展会现场介绍的一款产品也实现类似的身体信号监测功能,ADI正在开发的可监测人体心率和呼吸速率的方案。这款方案希望采用ADI新型24GHz雷达传感器来革新式实现体征信号的监测,并扩展其雷达战略。这款方案采用了其领先的雷达信号链技术,并基于ADI自家的Blackfin DSP处理器,确保了尺寸、功耗和成本。

图3:ADI产品应用工程师现场演示支持雷达心率监测方案。

展示资料显示,这一整套系统解决方案包括一条天线、一个24GH雷达、一个低速ADC和一个定点DSP均集成在一块电路板上,这块电路板可以直接用作生命体征监测系统。当人坐在这款产品前面,它会将极低功率的雷达信号传送到他的身体,然后通过读取信号从而可以获得这个人的心率和呼吸速率信息。

雷达应用创新浪潮开启

高性能24GHz雷达解决了成本的掣肘,在各大方案商完整解决方案的支持下,雷达的创新应用的大幕才刚刚开始揭幕。事实上,雷达的应用领域远不止提及的领域,在进行中的世界杯、在前不久落幕的索契冬奥会中……几乎都能看到24GHz雷达传感器的身影,小巧而便于集成的特点,使其广受体育运动器材公司的青睐。同样,24GHz雷达传感器的独有特性使其不易受环境干扰、便于隐藏等特点,还用于机场、监狱等重要设施和场所的安全防范检测,检测距离从几米至上千米。

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