FMCW Radar İle Endüstriyel Uygulamalarda Mesafe Ölçüm

Öz

Endüstride bulunan fabrikalarda aynı hat üzerinde birden çok köprüsü olan vinçler bulunmaktadır. Bu köprüler aynı yolda hareket ederken her biri başka operatör tarafından kontrol edilmektedir. Operatörler taşıdıkları yükü kontrol ederken aynı zamanda köprünün kontrolünü sağlayamayabilirler. Bu nedenle iki vinç köprüsünün birbiri ile çarpışma ihtimali vardır. Bu durumda meydana gelebilecek kazaların önüne geçebilmek için bir sisteme ihtiyaç vardır. Bu sistemin, iki vinç arası mesafeyi ölçmesi ve belirlenen sınır noktaya ulaştığında operatörleri uyarması gerekmektedir. Bu ihtiyacı karşılamak için FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave, Frekans Modülasyonlu Sürekli Dalga) Radar tasarımı önerilmiştir. FMCW radarlar, 77 GHz modülasyon frekansında çalışabilen düşük güç ile yüksek çözünürlük ve doğrulukta; hız, açı ve mesafe ölçümü yapan askeri ve endüstriyel çözümler sunmaktadır. Diğer radar tiplerinde olduğu gibi FMCW radarların da en önemli bölümü karşısındaki engele elektromanyetik sinyal gönderecek olan alıcı-verici antenlerdir. Bu çalışmada FMCW radarlar için anten olarak mikroşerit yama dizi anten tasarımı kullanılmıştır. Bunun sebebi daha yüksek anten kazancına sahip olması, az yer kaplaması, düşük güç tüketimi ve bir ışıyıcının arızalanması durumunda dizideki diğer antenler sayesinde sistemin çalışmaya devam edebilmesidir. Bu araştırmalar sonucunda 100 metre ölçüm mesafesi olan bir FMCW radarın maliyetinin düşürülmesi ve üretiminin kolay olması ile birlikte endüstride yaygınlaşabilecek seviyeye geldiği gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• FMCW Radar
• Köprü Vinci
• Mesafe Ölçme

Measuring Industrial Distance With FMCW Radar

Abstract

Factories in the industry have cranes with multiple bridges on the same line. Each of these bridges is controlled by another operator while moving on the same road. Operators may not be able to control the bridge while controlling the load they carry. Therefore, there is a possibility that two crane bridges will collide with each other. In this case, a system is needed to prevent accidents that may occur. This system is required to measure the distance between the two cranes and alert operators when they reach the designated limit point. To meet this need, FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) Radar design has been proposed. FMCW radars offer military and industrial solutions that measure speed, angle and distance with high resolution and accuracy with low power that can operate at 77 GHz modulation frequency. As with other types of radar, the most important part of FMCW radars is the transceiver antennas that will send an electromagnetic signal to the opposite obstacle. In this study, microsherite patch array antenna design was used as the antenna for FMCW radars. This is because it has higher antenna gain, less space, low power consumption, and if a radiator fails, the system can continue to work thanks to other antennas in the array. As a result of these studies, it has been shown that an FMCW radar with a measurement distance of 100 meters has reached a level that can become widespread in the industry, with its cost reduction and ease of production.

Keywords

• FMCW Radar
• Overhead Crane
• Measuring distance

Kaynakça

1. K Komarov, I. V. and M. S. Smolskiy, Fundamentals of Short Range FM Radar, Artech House, 2003.
2. Ozkaya, U., Duysak, H., and Yiğit, E. Efficient multitask learning analyses on grain silo measurement. Journal of Applied Remote Sensing, 15(3), 038505, 2021.
3. Duysak, H., Ozkaya, U., and Yigit, E. Determination of the Amount of Grain in Silos with Deep Learning Methods Based on Radar Spectrogram Data. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2021.
4. Steinhauer, M., H.O. Ruo, H. Irion and W. Menzel" Millimeter-Wave Radar Sensor Based in a Transciever Array for Automotive Applications,"Microwave Theory and Techniques, Vol.56, pp. 261-269, Februray 2008
5. Duarte, C., P. Dorta, A. Lopez, A.D. Campo,"CWLFM Radar for Ship Detection and Identification," IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, Vol. 22, pp. 22-26, Februrary 2007.
6. Andersen, N., Granhaug, K., Michaelsen, J. A., Bagga, S., Hjortland, H. A., Knutsen, M. R., ... & Wisland, D. T. (2017). A 118-mw pulse-based radar soc in 55-nm cmos for non-contact human vital signs detection. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 52(12), 3421-3433.
7. https://www.ti.com/sensors/mmwave-radar/products.html