Distanzmessungen bei rauen Umgebungen
Der Demonstrator veranschaulicht die Vorteile der radarbasierten Distanzmessung. Unter den gröbsten Bedingungen, wie beispielsweise bei Regen und Staub, erfasst der SYMEO-Sensor präzise Messwerte. Die gemessene Distanz wird den Messebesuchern auf einem Display angezeigt und eindrucksvoll mittels 3D-Grafiken visualisiert.
Funktionsprinzip
Die Distanz vom Sensor bis zum Reflektor wird über die Laufzeit (Time-of-Flight) des Radarstrahls bestimmt. Die Geschwindigkeit des Reflektors wird mithilfe des Doppler-Prinzips ermittelt.
Reflektor
Der Retroreflektor bewegt sich in einem sinusförmigen Bewegungsprofil linear nach links und rechts. Durch die orthogonal zueinander angeordneten Metallflächen reflektiert er den Radarstrahl selbst bei einer geneigten Anordnung in exakt entgegengesetzter Richtung zurück.
Sensor
Der Radarsensor sendet mit Lichtgeschwindigkeit elektromagnetische 122,5 GHz Wellen in Richtung des Reflektors. Die über die Laufzeit ermittelte Distanz wird auf einem Display angezeigt. Im dazugehörigen Graphen ist die Sinusbewegung des Reflektors zu erkennen.
Visualisierung
Der Taster am Radar-Modul schaltet das Display zwischen zwei Ansichten um.
Graph
Der zeitliche Verlauf der gemessenen Distanz wird in einem 3D-Graphen auf dem Display dargestellt.
Rohdaten
In einer detaillierten Tabellenansicht werden alle Rohdaten inkl. Signalstärke des Sensors in Echtzeit angezeigt.
Wireless HDMI-Adapter
Um den Displayinhalt auf einen großen Monitor am Messestand zu übertragen, verbindet sich ein Raspberry PI per WLAN mit dem Radar-Modul und ruft dessen Webinterface auf.
Modularer Messeaufbau
Der modulare Aufbau ermöglicht einen frei skalierbaren Messestand und platzsparenden Transport.
Spannungsversorgung
Alle Module sind mittels Kaltgeräteverlängerungen miteinander verbunden. Die Leitungen und Anschlüsse sind unter den Modulen versteckt.
Transport
Die Sockel der Module sind stapelbar. So ist der Transport von Tischen, Sockeln und Acrylglashauben auf einer einzigen Europalette möglich.
Gehäuse und Elektronik
Um eine effiziente Fertigung der Gehäuse zu ermöglichen, wurde der Aufbau aller Module baugleich konstruiert. Die Abbildung zeigt den Querschnitt aller Module in einer zusammengefassten Darstellung.
In der unteren Etage der Sockel sind hochwertige Netzteile, programmierbare Drehzahlregler und je nach Modul die notwendige Steuerelektronik für den Aktor bzw. Sensor untergebracht.
Technische Umsetzung der Module
Radar
Im Radar-Modul ist ein LPR®-1DHP-350 Radarsensor und ein 7-Zoll-Monitor verbaut. Das Webinterface für die Visualisierung stellt ein ESP32 per LAN zur Verfügung. Der Webserver wurde in C++ geschrieben.
Zur Anzeige auf dem Display ruft ein Raspberry PI 3+ die Seite im sogenannten Kiosk-Modus auf und gibt diese in Vollbild per HDMI aus.
Zusätzliche Monitore können kabellos per WLAN oder kabelgebunden mittels RJ45-Buchse per PoE-LAN angeschlossen werden.
"Solidwall"
Um die Durchlässigkeit von Radarwellen bei Kunststoffen zu demonstrieren, können Platten unterschiedlicher Stärke und Material mittels Magneten auf den Drehteller aufgesteckt werden. Durch die Drehbewegung werden diese zyklisch in den Radarstrahl eingedreht.
Die mechanische Kopplung zwischen Motorwelle und Teller erfolgt ebenfalls über Magnete. Dadurch ist der Drehteller abnehmbar und sein Drehmoment begrenzt.
Die Drehzahl des Tellers kann über ein Potentiometer unter dem Sockel eingestellt werden.
"Tornado"
Vier staubdichte und wasserfeste IP68-Lüfter erzeugen einen wirbelnden Luftstrom, der weißes Granulat aus EPS-Perlen in den Radarstrahl trägt.
Um zu verhindern, dass die Styroporkügelchen durch statische Aufladung an der Scheibe kleben, wird der Luftstrom ionisiert. Hierzu sind unter den Ventilatoren zwei Ionisatoren montiert. Abhängig von der Polung der Ladung setzen diese positiv oder negativ geladene Ionen frei, um die statisch geladenen EPS-Perlen zu entladen.
"Waterstorm"
Eine Hochdruckpumpe presst destilliertes Wasser durch eine Düse. Der Wasserstrahl zerbirst am Deckel der Acrylglashaube und fällt in Tröpfchen herab.
Frühere Experimente mit einer rotierenden Düse wurden aufgrund von zu hoher Geräuschentwicklung und potentieller Störanfälligkeit verworfen.
Beim Eintauchen der Acrylglashaube in das Wasserbecken öffnet sich zum Entlüften ein eingebautes Magnetventil.
Die Pumpenleistung kann mittels eines Drehzahlreglers an der Unterseite des Sockels eingestellt werden.
"Reflector"
Die Module „Reflector“ und „Solidwall“ verfügen über identische Sockel, in denen ein leistungsstarker Neodym-Eisen-Bor-Magnet im Kreis rotiert. Die exzentrische Rotationsbewegung des Magnetfelds wird durch einen breiten Magneten, welcher im Linearschlitten integriert ist, in eine sinusförmige Translationsbewegung umgewandelt.
Der Linearschlitten ist abnehmbar. So kann der Reflektor auch in entgegengesetzter Orientierung aufgelegt werden.
Hinter den Kulissen
DANKE!
Das Ingenieurbüro Glaser bedankt sich für die außerordentlich gute Kommunikation, die erfrischenden Meetings und eine erfolgreiche Zusammenarbeit bei der Symeo GmbH in München.
Nachtrag: Erfolgreiche Präsentation des SYMEO Radar-Demonstrators auf der SPS-Messe in Nürnberg
Derzeit wird der Demonstrator auf der SPS-Messe in Nürnberg präsentiert, wo er den Besuchern eindrucksvoll die Vorteile der Radartechnologie aufzeigt. Besonders beeindruckend ist, dass dieser Distanzsensor selbst unter gröbsten Bedingungen wie Regen und Staub zuverlässig funktioniert.
Die Entwicklung des Radar-Demonstrators für SYMEO war eine bereichernde Erfahrung. Trotz des engen Zeitrahmens aufgrund des bevorstehenden Messe-Termins ist es uns gelungen, den Demonstrator rechtzeitig fertigzustellen. Der Schlüssel zum Erfolg war die ausgezeichnete Kommunikation und der enge Kontakt mit dem SYMEO-Team. Ich bin stolz darauf, Teil eines solchen zukunftsweisenden Projekts gewesen zu sein und blicke erwartungsvoll auf die weitere Etablierung dieser innovativen Sensortechnologie am Markt.
