Radar-Tutorial: Distanzmessung mit Radarsensoren

Unsere Tipps zum optimalen Einsatz Ihrer Radarsensoren für Abstandsmessung.

OndoSense industrielle Radarsensoren zur Abstandsmessung können gewinnbringend in vielen Anwendungen verwendet werden. Zum optimalen Einsatz unserer Distanzsensoren auf Radarbasis haben wir die wichtigsten praktischen Tipps in diesem Tutorial für Sie zusammengefasst. Damit sorgen wir dafür, dass Sie mit Radartechnologie zur Abstandsmessung in Ihrem industriellen Umfeld schnell die besten Ergebnisse erzielen!

1. Radarsensor korrekt auf Zielobjekt ausrichten

Falls Sie Ihren Radarsensor für Abstandsmessung zum ersten Mal in Betrieb nehmen, werden Sie feststellen, wie wichtig es ist, den Radar korrekt auf das Zielobjekt auszurichten. Ausgehend von einem Objekt, das dem Abstandsradar mit einer ebenen Fläche zugewandt ist, gilt: Je präziser im rechten Winkel diese Fläche zur Mitte des Radarstrahls ausgerichtet ist, desto stärker das Radarsignal.

Radar-Tipp #1

Richten Sie den Radarsensor für ein starkes Signal möglichst im rechten Winkel zum Zielobjekt aus.

Mit zunehmender Verkippung der Fläche bzw. des Objekts nimmt die Signalstärke ab, da die Radarstrahlung in zunehmendem Maße nicht mehr zum Radarsensor für Abstandsmessung zurückgeworfen wird. Dabei spielt auch die Rauheit der Fläche eine wichtige Rolle: Je rauer die Fläche, desto höher der Verkippungsgrad, der gerade noch ein stabiles Radarsignal ermöglicht.

Bei glatten Flächen ist der maximal mögliche Verkippung dagegen geringer, weil die Radarstrahlen stärker gestreut und in unterschiedliche Richtungen reflektiert werden. Radarsensoren eignen sich somit im Vergleich zu Lasersensoren besser zur Erfassung von Distanzen zu Objekten mit sehr rauen Oberflächen.

Radar-Tipp #2

Je glatter die Oberfläche, desto wichtiger die korrekte Ausrichtung des Radarsensors.

2. Messfleckgröße: wichtiger Faktor für stabile, präzise Messungen

Der vom Öffnungswinkel abhängige Messfleck des Radarsensors zur Abstandsmessung hat, ähnlich wie bei optischen Systemen, einen großen Einfluss auf die Erfassung des Zielobjekts und eventuelle Störreflektionen. Ein großer Öffnungswinkel führt zu einem großem Messfleck, so dass über einen weiten Bereich des Messobjekts gemittelt wird und die Abstandsmessung ungenauer wird.

Eine größere Radarkeule sorgt ebenfalls für mehr Störreflektionen sowie für ein abgeschwächtes Empfangssignals bei gleicher Sendeleistung. So kann der Radarsensor kleine oder weit entfernte Objekte schlechter vom Hintergrund unterscheiden.

Radar-Tipp #3

Messen Sie näher am Zielobjekt, um die Messfleckgröße zu reduzieren und potenzielle Störreflektionen zu vermeiden.

Ein geringer Öffnungswinkel führt zu einem kleinen Messfleck, was insbesondere bei kleinen oder weit entfernten Zielobjekten zu weniger Störreflektionen führt. Dies ermöglicht verlässliche Abstandsmessung mit starkem Empfangssignal und höherer Genauigkeit. Gleichzeitig reduziert ein kleiner Öffnungswinkel den maximalen Verkippungsgrad, bei dem ein stabiles Radarsignal möglich ist.

Radar-Tipp #4

Wählen Sie einen Radarsensor mit geringem Öffnungswinkel, um präzise und verlässliche Messergebnisse zu erreichen.

Die Messfleck-Größe ist für Abstandsmessungen mit Radarsensoren eine wichtige Kenngröße. Mit dem Radar-Messfleck-Rechner von OndoSense können Sie die Messfleckgröße Ihres Radarsensors (je nach Distanz zum Zielobjekt) in wenigen Klicks berechnen! Wählen Sie hierfür einfah Ihren OndoSense Radarsensor aus oder geben Sie den Öffnungswinkel und Linsendurchmesser Ihres Radarsensors für Abstandsmessung ein.

Radar-Tipp #5

Berechnen Sie den Messfleck Ihres Radarsensors für Ihre Abstandsmessungen, z. B. mit unserem Radar-Messfleck-Rechner.

3. Radarsensor-Auflösung: Objekte voneinander unterscheiden

Die Auflösung ist auch bei Abstandsmessungen eine entscheidende Kenngröße von Radarsensoren. Ihr kommt eine große Bedeutung zu, wenn es um die Frage der Eignung der Sensoren für eine konkrete Messherausforderung geht. Die Auflösung gibt an, bei welchem Abstand voneinander zwei Objekte noch separat vom Radar erkannt werden. Nur wenn man die Radarsignale (sogenannte Peaks) dieser Objekte eindeutig voneinander unterscheiden kann, lässt sich der Abstand beider Objekte ermitteln.

Dies ist dann relevant, wenn sich mehrere Objekte in ähnlichem Abstand zueinander befinden und vom Radarsensor erkannt werden. Zum Beispiel:

  1. Die Objekte liegen nebeneinander und werden beide vom Öffnungswinkel des Radarsensors erfasst bzw. vom Radar-Messfleck abgedeckt. Zudem verdeckt das erste Objekt das zweite nicht komplett. Eine mögliche Anwendung ist die Breitenmessung eines dünnen Stahlbandes, das sich auf einem Rollgang bewegt und seitlich vom Radar erfasst wird. Der Distanzwert zum Stahlband lässt sich eindeutig bestimmen, wenn der Abstand vom Stahlband zum Rollgang mindestens der Auflösung des Radarsensors entspricht.
  2. Die Objekte liegen hintereinander. Das erste Objekt ist teilweise durchlässig für Radarwellen, das heißt es besteht aus eine nicht-leitfähigem (dielektrischem) Material wie z. B. Kunststoff, Gummi, Karton etc.

Radar-Tipp #6

Achten Sie darauf, wie viele Objekte Ihr Messfleck abdeckt und welche Objekte für Ihre Abstandsmessung relevant sind.

Kann der Radarsensor für Abstandsmessung zwei oder mehrere Zielobjekte nicht separat erfassen und somit auflösen, ist die Distanz zu keinem der beiden Objekte zuverlässig ermittelbar. Eine leistungsfähige Abstands-Auflösung ist daher grundsätzlich vorteilhaft und in manchen Fällen notwendig.

Radar-Tipp #7

Wollen Sie Objekte erfassen, die nahe beieinander liegen, sollte Ihr Radarsensor eine gute Abstands-Auflösung haben.

4. Mittelung des Abstandswerts bei mehreren Objekten oder komplexen Oberflächen

In gewissen Fällen erfasst der Öffnungswinkel des Radarsensors zur Abstandsmessung mehrere Objekte bzw. Strukturen mit einem komplexen Oberflächenverlauf – z. B. im Gegensatz zu einer ebenen Fläche. Ist der Abstand zwischen den Reflektionspunkten dieser Objekte oder Strukturen geringer als die Auflösung des Radarsensors, kann der Radarsensor die unterschiedlichen Abstandswerte nicht mehr erfassen.  Das Ergebnis ist eine Mittelung der Distanzwerte aller erfassten Reflektionspunkte.

Radar-Tipp #8

Überlegen Sie, ob Ihr Messwert aus der Mittelung der Abstände verschiedener Reflektionspunkte im Radar-Öffnungswinkel resultiert.

Je stärker die Reflektion an einer bestimmten Position des Objekts oder der Oberfläche, desto höher die Gewichtung dieses Reflektionspunkts im angezeigten Abstandswert des Radarsensors. Wenn der Oberflächenverlauf des Messobjektes bekannt ist, kann die gemessene Entfernung korrigiert werden, um den exakten Distanzwert zu erfassen. Dies ist zum Beispiel bei runden Objekten oder Oberflächen der Fall. Bei Bedarf bietet OndoSense Unterstützung bei der Entwicklung eines Algorithmus zur korrekten Abstandsberechnung.

Radar-Tipp #9

Wollen Sie die Distanz zu komplexen Oberflächen mit höchster Präzision erfassen, kann eine Anpassung des Abstandswerts erforderlich sein.

5. Radar durchstrahlt nicht-leitende Materialien

Mit einem Radarsensor ist es möglich, nicht-leitende Materialen, wie zum Beispiel Plastik, Gummi, Karton, Glas etc. zu durchstrahlen, da die Radarwellen diese dielektrischen Materialien nur teilweise reflektieren. Treffen die Radarstrahlen dagegen auf Metalle oder durchgängige Wasserfilme, werden sie vollständig reflektiert.

Radar-Tipp #10

Mit Radar können Sie durch nicht-leitende Materialen messen. Werfen Sie für mehr Infos einen Blick auf unsere Übersichtstabelle:

Mit Radarsensoren zur Abstandsmessung gewisse Substanzen oder Objekte durchstrahlen zu können, ist für unterschiedlichste Anwendungsfälle sinnvoll:

Radarsensoren können den Abstand zu Objekten erfassen, die hinter Glas, Plastik oder anderen nicht-leitenden Stoffen liegen. Dabei kommt es an der Grenzschicht des dielektrischen Materials zu einer schwachen Reflektion, mit der auch die Distanz zum Glas oder Plastik ermittelt wird. Der größte Teil der Radarwellen strahlt jedoch ungehindert durch dieses Material durch, so dass der Abstand zum dahinterliegenden Zielobjekt erfasst wird.

Zum Schutz des Radarsensors vor enormer Hitzestrahlung oder Explosionen kann z. B. Glas, wärmeresistentes Plastik oder eine Glimmerplatte verwendet werden. Nur ein begrenzter Anteil des Radarsignals wird reflektiert, so dass der Radarsensor den Abstandswert zum dahinterliegenden Messobjekt mit hoher Genauigkeit erfasst.

Radar-Tipp #11

Sie wollen Ihren Sensor vor enormer Hitze schützen? Radar misst auch durch hitzeresistente Kunststofffenster!

6. Radarreflektor für verstärkte Radarsignale

Radarreflektoren sind spiegelartige Retroreflektoren die dafür sorgen, dass die Radarstrahlen unabhängig von der Einfallsrichtung stets in Richtung der Radarsensors zurückgeworfen werden. Selbst bei geringer Größe kann ein Radarreflektor aufgrund der großen effektiven Reflexionsfläche (auch Radarquerschnitt oder Radar Cross Section genannt) eine verhältnismäßig hohe Energiemenge reflektieren.

Radarreflektoren bestehen meist aus drei Flächen, die im rechten Winkel angeordnet sind. Aufgrund der resultierenden würfelartigen Winkelform bezeichnet man sie auch als Winkelreflektoren oder Corner Cubes. Der Vorteil dieser dreiflächigen Radarreflektoren ist, dass die Radarstrahlung selbst dann genau zur Radarquelle zurückreflektiert wird, wenn keine rechtwinklige Ausrichtung zum Radar erfolgt.

Radar-Tipp #12

Sie können Ihr Zielobjekt nicht rechtwinklig zum Radar ausrichten? Erwägen Sie den Einsatz eines Radarreflektors.

Mit Hilfe von Radarreflektoren kann die Präzision von Abstandsmessung deutlich erhöht werden. Zudem können verlässliche Distanzmessungen über große Entfernungen realisiert werden, da das Signal des Radarsensors durch den vergrößerten Radarquerschnitt signifikant verstärkt wird.

Radar-Tipp #13

Verwenden Sie einen Radarreflektor, um die Stabilität oder Präzision Ihrer Messung zu erhöhen.

Radar-Tipp #14

Bei großen Entfernungen können Sie mit einem Radarreflektor Reichweite und Signalstärke Ihrer Messungen erheblich erhöhen.