鄧嘉

摘 要：在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步提升，社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制日趨完善的環(huán)境下，各行各業(yè)能夠得到較廣的發(fā)展空間。在科學(xué)技術(shù)方面，傳感器的發(fā)展尤其迅速，其中，光電傳感器因?yàn)榫哂泄ぷ鞲呔?，形式多樣化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化的特點(diǎn)得到在自動(dòng)控制領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用。文章就光電傳感器在自動(dòng)控制中的運(yùn)用進(jìn)行探討，并對(duì)它的技術(shù)要求做分析。

關(guān)鍵詞：光電傳感器；自動(dòng)控制；軌道交通建設(shè)；運(yùn)用與技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）34-0178-02

Abstract： In our country， national economy promotes steadily， the socialist market economy system consummates day by day under the environment， and each kind of profession can obtain the wider development space. In the field of science and technology， the development of sensors is particularly rapid. Photoelectric sensors have been widely used in the field of automatic control because of the characteristics of high precision， diversified forms and simple structure. In this paper， the application of photoelectric sensor in automatic control is discussed， and its technical requirements are analyzed.

Keywords： photoelectric sensor； automatic control； construction of rail transit； application and technology

傳感器的作用是將化學(xué)量與物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的形式，其中，光電傳感器的工作方式是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通常光電傳感器被用來(lái)檢測(cè)光量變化的零件的位移、速度、加速度和輻射測(cè)溫、光照度等。因此，光電傳感器被廣泛的應(yīng)用在自動(dòng)控制領(lǐng)域。其中光電傳感器在交通軌道建設(shè)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)尤為突出。

1 光電傳感器的分類(lèi)

光電傳感器的組成部分有檢測(cè)電路、發(fā)射器和接收器，不同的組成結(jié)構(gòu)和組成方式使得光電傳感器具有多樣化的特點(diǎn)。

1.1 對(duì)射式光電傳感器

對(duì)射式光電傳感器的特點(diǎn)在于分開(kāi)安置發(fā)射器和接收器，發(fā)射器與接收器形成一個(gè)通路，接收器需要經(jīng)過(guò)通路的傳輸才能接收到發(fā)射器發(fā)射的紅外光。對(duì)射式光電傳感器在檢測(cè)通過(guò)的物體時(shí)，物體會(huì)將傳感器的光路隔斷，這一隔斷的信息會(huì)及時(shí)反應(yīng)到接收器，接收器通過(guò)接收的信息情況對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。通常傳感器的感應(yīng)距離只允許一次光束跨越，因此，對(duì)射式光電傳感器被廣泛運(yùn)用在有較大粉塵污染的環(huán)境中。比如在軌道交通的車(chē)輛系統(tǒng)中，由于車(chē)輛中人員活動(dòng)較多，車(chē)輛內(nèi)部空間小，車(chē)輛內(nèi)二氧化碳的濃度就會(huì)快速升高，甚至有乘客攜帶的物品會(huì)產(chǎn)生有害氣體，渾濁的空氣環(huán)境會(huì)對(duì)人體造成危害[1]。這是就要光電傳感器及時(shí)的、精確的檢測(cè)空氣環(huán)境，啟動(dòng)換氣設(shè)備使車(chē)輛內(nèi)部保持一個(gè)相對(duì)健康的環(huán)境。

1.2 反射式光電傳感器

反射式光電傳感器同時(shí)裝備了發(fā)射器、接收器和反射板。在反射板的作用下，接收器能夠接收到發(fā)射器發(fā)出的光電信息，這種控制操作系統(tǒng)通常被稱(chēng)為反射板反射式的光電開(kāi)關(guān)。因?yàn)榻邮掌饕ㄟ^(guò)反射板的反射作用接收發(fā)射器所發(fā)出的光電，所以當(dāng)有檢測(cè)物體對(duì)光路形成隔斷時(shí)，接受器是無(wú)法得到信息的，相應(yīng)的，系統(tǒng)便會(huì)及時(shí)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。通常的，我們檢驗(yàn)不透明的物體時(shí)要用到反射式光電傳感器。

1.3 漫反射式光電傳感器

雖然，漫反射式光電傳感器與反式光電傳感器一樣具有發(fā)射器和接收器裝置，不同的是，這種光電傳感器并不裝備反光板，因此發(fā)射器發(fā)出的光線接收器無(wú)法接收到。只有當(dāng)有物體通過(guò)光電傳感器時(shí)，導(dǎo)致光線被阻擋，物體對(duì)光線形成反射，接收器便能收到光信息，并且輸出開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)。所以，在大多數(shù)的自動(dòng)沖水系統(tǒng)中運(yùn)用漫反射式光電傳感器[2]。

2 光電傳感器的優(yōu)點(diǎn)

2.1 檢測(cè)距離長(zhǎng)

光電傳感器具有測(cè)物體距離長(zhǎng)的特征，相比于運(yùn)用電磁、超聲等方式對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè)，光電傳感器這一特征尤為突出。光電傳感器五大類(lèi)之一的對(duì)射式光電傳感器，能夠做到增加距離幾十米甚至近百米。對(duì)于大型的生產(chǎn)線或者復(fù)雜的地形，光電傳感器能夠充分的發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

2.2 檢測(cè)對(duì)象多

光電傳感器檢測(cè)物體的方式一般是感應(yīng)是否有物體對(duì)光路形成阻斷，因?yàn)槲矬w自身的材料結(jié)構(gòu)對(duì)光路的通暢基本上沒(méi)有影響，所以被檢測(cè)物體無(wú)論是由金屬、塑料和皮革等材質(zhì)制成或者以液體、氣體等形態(tài)存在，光電傳感器都能精確的進(jìn)行檢測(cè)工作。由此看來(lái)，光電傳感器對(duì)物體的檢測(cè)具有廣泛性[3]。

2.3 檢測(cè)物理量多

除了上文所說(shuō)光電傳感器檢測(cè)物體的種類(lèi)多之外，光電傳感器對(duì)于不同種類(lèi)的物理量也不受影響。無(wú)論是物體的顏色、成分還是物體運(yùn)動(dòng)方向、位移和加速度等，光電傳感器都能高效的進(jìn)行檢測(cè)。在自動(dòng)控制領(lǐng)域有很強(qiáng)的適用性，在大型控制設(shè)備中起關(guān)鍵作用。

2.4 快速響應(yīng)

光電傳感器，顧名思義，光電傳感器電路是完全由電子元件組成的，做到零機(jī)械操作，避免了機(jī)械工作時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。所以光電傳感器在檢測(cè)工作中接收光信息并輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的速度極快。

3 光電傳感器在軌道交通中的運(yùn)用

隨著軌道交通機(jī)車(chē)的重載化、高速化，傳統(tǒng)的傳感器設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足具有高抗干擾、高耐用性的要求。2005年1月，美國(guó)華盛頓將能夠檢測(cè)化學(xué)毒物的光電傳感器在地鐵站投入使用，之后便有越來(lái)越的地鐵站運(yùn)用光電傳感器檢測(cè)地鐵站的空氣質(zhì)量以保證交通軌道的正常運(yùn)行。2008年我國(guó)舉辦奧運(yùn)會(huì)后，大量檢測(cè)易燃易爆物和有毒化學(xué)物體的光電傳感器在各個(gè)城市的交通軌道站點(diǎn)被安裝。光電傳感器為我們今天交通軌道安全運(yùn)行做出了巨大貢獻(xiàn)。

3.1 光電傳感器在列車(chē)屏蔽門(mén)的運(yùn)用

屏蔽門(mén)安裝傳感器系統(tǒng)是一個(gè)保證交通軌道安全的光電傳感器的運(yùn)用。在光電傳感器廣泛運(yùn)用之前，經(jīng)常發(fā)生乘客被夾在屏蔽門(mén)與列車(chē)之間的事故。屏蔽門(mén)大部分運(yùn)用對(duì)射式光電傳感器，當(dāng)乘客隔斷了發(fā)射器與接收器之間的紅外線傳輸，屏蔽門(mén)便自動(dòng)收到開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，防止將乘客夾住的危險(xiǎn)發(fā)生。美國(guó)邦納工程國(guó)際有限公司是一家專(zhuān)門(mén)制造傳感器的公司，它針對(duì)列車(chē)屏蔽門(mén)制造了超長(zhǎng)距離障礙物檢測(cè)的紅外高能對(duì)射傳感器——QS30EX。下圖1為QS30EX紅外對(duì)射傳感器安裝示意圖：

3.2 測(cè)量高電壓環(huán)境下的電機(jī)溫度

如今鉑電阻式溫度傳感器運(yùn)用在列車(chē)上以監(jiān)測(cè)列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)向架上的電機(jī)溫度，而由于鉑電阻具有體積過(guò)小的缺點(diǎn)，引線斷裂、短路等故障時(shí)常發(fā)生。通過(guò)熒光光纖溫度傳感的使用，能夠較好的規(guī)避鉑電阻式溫度傳感器的不足之處。光纖傳感有石英玻璃制成，具有良好的絕緣性，而且光纖式光電傳感器組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一根光纖就能完成所以測(cè)量工作。因此，光纖式光電傳感器更加適用于測(cè)量機(jī)電溫度的工作。2016年12月，安徽黃山羊棧嶺隧道便應(yīng)用了光纖光柵感溫探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

3.3 車(chē)廂防火監(jiān)控設(shè)備

列車(chē)車(chē)廂內(nèi)對(duì)于溫度的檢測(cè)要求極高，一旦沒(méi)有檢測(cè)到車(chē)廂內(nèi)溫度過(guò)高的現(xiàn)象，沒(méi)有做出相應(yīng)的處理措施，便容易引發(fā)火災(zāi)等危險(xiǎn)事故?，F(xiàn)如今列車(chē)防火監(jiān)控系統(tǒng)主要運(yùn)用煙霧報(bào)警器和紅外線報(bào)警器這兩類(lèi)傳感器設(shè)備。這兩類(lèi)設(shè)備能夠時(shí)時(shí)刻刻的對(duì)列車(chē)內(nèi)的溫度監(jiān)控，以方式災(zāi)難發(fā)生。2016年2月，乘客韓某在高鐵列車(chē)上忍不住煙癮在列車(chē)衛(wèi)生間抽煙，煙頭引發(fā)衛(wèi)生間紙簍著火，觸發(fā)煙霧報(bào)警，制止了一場(chǎng)火災(zāi)的發(fā)生，韓某也因此受到了相應(yīng)處罰。但是，這兩類(lèi)系統(tǒng)仍然存在一定不足之處，比如它們無(wú)法在存在火災(zāi)隱患前發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)火災(zāi)真正發(fā)生時(shí)在報(bào)警已經(jīng)是為時(shí)已晚；或者當(dāng)有乘客在列車(chē)車(chē)廂內(nèi)吸煙時(shí)會(huì)觸發(fā)煙霧報(bào)警器，具有不可靠性[6]。

3.4 鐵路防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

由于我國(guó)地域廣闊，自然災(zāi)害的發(fā)生較為頻繁，地震、泥石流和滑坡等自然災(zāi)害嚴(yán)重阻礙了鐵路的安全運(yùn)行并為國(guó)家鐵路局帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。新疆曾經(jīng)發(fā)生過(guò)兩次列車(chē)被強(qiáng)風(fēng)吹翻的事故。我們可以運(yùn)用鐵路防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)估鐵路沿線發(fā)生自然災(zāi)害的可能性，提前做好預(yù)防災(zāi)難措施，以降低自然災(zāi)難帶來(lái)的危險(xiǎn)和損失。光電傳感器因?yàn)闇y(cè)試性能強(qiáng)，應(yīng)當(dāng)廣泛的運(yùn)用在對(duì)鐵路的自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作中。日本是自然災(zāi)害發(fā)生較為頻繁的國(guó)家，但是日本新干線自從運(yùn)營(yíng)以來(lái)從未發(fā)生過(guò)因?yàn)樽匀粸?zāi)害引起事故導(dǎo)致乘客死亡的事件，這歸功于日本鐵路專(zhuān)家有效運(yùn)用光電傳感技術(shù)完善鐵路保障系統(tǒng)。

因?yàn)楣怆妭鞲衅骶哂袦y(cè)試種類(lèi)、物理量多，測(cè)試速度快等特征，完全適用于對(duì)列車(chē)的速度測(cè)量。而且，光電傳感器體積小，制造成本又低，能夠大量的被用于對(duì)列車(chē)軌道橋梁或者隧道的安全監(jiān)測(cè)工作。光電傳感器還具有檢測(cè)距離長(zhǎng)的特點(diǎn)，這樣鐵路沿線是否發(fā)生泥石流、鐵路電力傳輸網(wǎng)是否結(jié)冰的監(jiān)檢工作便能得以高效解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文簡(jiǎn)單的介紹了光電傳感器的種類(lèi)以及在自動(dòng)控制領(lǐng)域運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)，分析了光電傳感器在軌道交通中運(yùn)用的必要性。隨著時(shí)代的發(fā)展，光電傳感器技術(shù)已經(jīng)與我們的生活密不可分，推動(dòng)著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，為我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)。

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