Mehrwert-Dienstleistungen Radarsensoren für Verkehrs- und Beleuchtungs-Applikationen

Metallgegenstände als ideale Radarziele

Gute Radarziele sind metallische Gegenstände und wasserhaltige Objekte, da sie die Radarstrahlung aufgrund ihres großen ε-Wertes gut reflektieren. Somit sind Autos, Menschen und Tiere gut detektierbar, aber auch sich im Wind bewegende Blätter und Regen werden erfasst. Dies muss beachtet werden, um insbesondere im Außenbereich zum Beispiel bei Bewegungsmeldern Fehlsignale zu vermeiden. Die meisten Kunststoffe dämpfen Radarstrahlung nur wenig, so dass Radar-Transceiver von außen unsichtbar hinter Kunststoffverkleidungen angebracht werden können. Damit die Dämpfung des Signals durch die Kunststoffabdeckung möglichst gering bleibt, müssen gewisse Regeln bezüglich Dicke und Abstand der Abdeckung vom Sensor eingehalten werden [1]

Unterschiede zu Pyrosensoren

Neben dem unterschiedlichen Funktionsprinzip (basierend auf Radar- bzw. IR-Strahlung) gibt es für die Anwendung wichtige Unterschiede zwischen Radar- und Pyrosensor (auch Passiv-IR-Sensor oder PIR-Sensor genannt). Pyrosensoren benötigen für eine zuverlässige Funktion stets eine Fresnellinse, die eine entsprechend geformte Gehäuseöffnung erfordert. Radarsensoren können hinter einer Kunststoffoberfläche positioniert werden und benötigen keine Gehäuseöffnung. Mit Radarsensoren kann die Bewegungsrichtung eines Objektes erfasst werden (Bewegung in Richtung Sensor oder vom Sensor weg gerichtet). Dies ist mit PIR-Sensoren in der Regel nicht möglich. Die Empfindlichkeit bei PIR-Sensoren ist am größten, wenn sich das Objekt in der Richtung senkrecht zur Verbindungslinie zwischen Objekt und Sensor bewegt (tangential), während bei Radarsensensoren nur die Bewegungskomponente in Richtung der Verbindungslinie zwischen Objekt und Sensor zum Signal beiträgt (radial). PIR-Sensoren benötigen zur Detektion einen Temperaturunterschied des Objektes relativ zum Hintergrund und sind auf Objekte mit einer Körpertemperatur von 37 °C ausgelegt. Die Erfassung von Personen auf einem durch die Sonne aufgeheizten Asphalt beispielsweise kann deshalb schwierig werden. Radarsensoren können im Gegensatz zu PIR-Sensoren auch metallische Gegenstände – z.B. Einkaufswagen – erfassen, deren Temperatur sich der Umgebung angepasst hat. Die Reichweite von PIR-Sensoren beträgt maximal 12 bis 15 m für die Detektion von Personen.

Auswahl der passenden Radarsensoren

Wesentliche Parameter für die Auswahl der passenden Radarsensoren sind neben der Radarfrequenz die Reichweite für bestimmte Objekte, der Öffnungswinkel der Abstrahlcharakteristik und ob der Sensor für Frequenzänderungen (FM-Eingang) oder Richtungserkennung geeignet ist. Mit Standard-Radarmodulen können Personen auf 70 m und Fahrzeuge auf 180 m Entfernung detektiert werden. Spezielle Radarmodule erreichen sogar Reichweiten von 400 m bei Personen und 1 km bei Fahrzeugen.

Radarmodule für Beleuchtungsapplikationen

In der Beleuchtungstechnik werden immer häufiger Bewegungssensoren eingesetzt, um aus Gründen der Energieeinsparung die Beleuchtung bedarfsgerecht zu steuern. Insbesondere bei der Verwendung von LED-Leuchtmitteln macht ein Einsatz solcher Bewegungssensoren Sinn, da hier von vornherein in der Regel eine Niederspannungs-Stromversorgung vorhanden ist und damit Bewegungssensoren einfach integriert werden können. Es lässt sich sogar eine bewegungsgesteuerte Dimmung realisieren, da viele LED-Stromversorgungen über eine 1...10-V-Schnittstelle verfügen. Selbst bei einem Duty Cycle von 10 Prozent lässt sich der Radar-Bewegungsmelder noch sicher aus dem LED-Vorschaltgerät betreiben.

Anwendung in der Verkehrstechnik

Radarsensoren lassen sich in der Verkehrstechnik zum Erfassen und Zählen von Fahrzeugen verwenden. Mittels eng abstrahlender Radarmodule können einzelne Fahrstreifen einer mehrspurigen Fahrbahn gezielt überwacht werden, beispielsweise die Linksabbiegerspur. Nur wenn auf dieser Fahrspur Fahrzeuge erkannt werden, erhält die Linksabbiegerspur eine Grünphase. Radartechnik lässt sich auch zur Warnung vor Geisterfahrern auf der Autobahn einsetzen. Dafür gibt es unterschiedliche Konzepte, bei denen die Geisterfahrer entweder durch stationär oder im Fahrzeug montierte Radarsensoren erfasst und die Autofahrer vor der Gefahr gewarnt werden. Bei stationären Anlagen wird ausgenützt, dass die Richtungserkennung bei Radarsensoren mit I-Q-Ausgängen überaus einfach ist.

 

Literatur

[1] RFbeam: Radom Appnote [2] RFbeam: User Manual ST-200 [3] RFbeam: User Manual ST-100

 

Der Autor

Dr. Thomas Wolf 
ist seit 1993 Produktmanager bei der Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH in Nagold. Dort betreut er die Produktlinien Optosensorik, Hall- und Radarsensoren. Während seines Physikstudiums an der Universität Konstanz spezialisierte er sich auf theoretische Festkörperphysik, wo er 1992 auf dem Gebiet der Hoch-Tc-Supraleitung promovierte. 
t.wolf@endrich.com