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淺談新型傳感器技術在軌道交通帶動下的發展

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淺談新型傳感器技術在軌道交通帶動下的發展

2015/11/04 12:00
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  隨著半導體技術的飛速發展,在現代化先進的城市地鐵、輕軌車輛的牽引控制系統及輔助供電系統中,均使用了VVVF調壓調頻方式的牽引逆變器及CVCF的輔助逆變器。和干線交直交傳動機車一樣,電流傳感器和電壓傳感器亦大量應用在上述系統的直流和交流回路中,以實現對整個系統的閉環控制。
  
  但是,城市軌道交通對傳感器技術最大的推動卻在于無線傳感器網絡技術,紅外傳感器技術受力傳感器、氣體傳感器、速度傳感器和光電傳感器技術等新型傳感器領域,而不僅僅是電流傳感器和電壓傳感器等傳統傳感器領域。中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司副總工程師、高級工程師兼國際項目管理專家王術合指出,“在地鐵領域,與通風空調有關的如溫濕度和CO2傳感器,和防恐有關的一些有毒氣體傳感器的需求量及技術含量都很高。在高速動車組領域,對與封閉車廂內的氧氣量監測與補給、地震、速度監測、軸溫檢測、連接部位松動監測、異物監測等相關傳感器的需求非常高,這些技術仍在不斷發展和完善中。而防盜搶類傳感器,如高壓室玻璃破碎、誤進入,以及電纜盜搶傳感器等都很重要。”王術合進一步指出,這些傳感器與系統設備以及人身的安全息息相關。
  
  在城市軌道交通車輛的空調系統中,常采用傳感器與電子溫控器相配合進行溫度控制。溫控器多使用電子調節器,傳感器用作溫度檢測,一般采用熱電偶或熱敏電阻作傳感器。而在客室內,由于人的呼吸,二氧化碳(CO2)的含量會增加,當增加到一定濃度后就會影響人的健康,車內乘客攜帶的物品中產生的有害氣體等也會使車內空氣變得污濁,這時就需要外界產生新鮮空氣,對車內的空氣進行一定的更換,因此傳感器對氣體的精確檢測就顯得尤為重要。
  
  自2005年1月美國華盛頓市的兩個地鐵站啟用一種能檢測到化學毒氣的傳感器開始,越來越多的地鐵站開始運用傳感檢測技術保證軌道交通的安全運行。2008北京奧運會后,國內的許多城市都規定了軌道交通各個站點應強制安置對爆炸物和有毒有害化學危險品檢測的傳感器。而由于無線傳感網絡包括了可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等眾多類型的傳感器,因此成為軌道交通安全保證系統中的主要傳感器技術。
  
  無線傳感網絡是當代科學技術的熱點也是難點之一,無線傳感器網絡由隨機布設的大量多種類傳感器節點組成,能夠迅速組成自適應的網絡拓撲結構,對分布式動態信息進行協同感知與處理,形成殘缺、受限的自治綜合信息系統,是人類的遠程神經末梢。上海微系統所已在無線傳感器網絡的MEMS傳感器、芯片、節點、網絡、協同處理等方面攻克多項關鍵技術和樣機,在隨機布設組網、多種分簇組網、網絡體系構架、多種通信體制、虛擬MIMO等方面取得顯著進展。在傳感網的盲源分離、多目標協同識別、跟蹤定位等領域的部分關鍵技術居世界先進水平,并針對國家重大需求,得到一定規模的重要應用。
  
  傳感器在保證軌道交通安全上的另一個重要應用是屏蔽門,過去曾多次出現過將乘客夾在屏蔽門和列車門之間的事故,現在越來越多的軌道交通車站正在安裝或計劃安裝紅外傳感器或光傳感器,以防乘客變成“夾心餅干”。
  
  國家對軌道交通建設的大力投入將進一步帶動傳感器市場的發展,除了上述傳感器以外,還包括了機器視覺傳感器,作為軌道建設中地下施工最高設備的盾構機用傳感器等。
  
  傳感器市場在進一步發展的同時,越來越多的傳感器廠商加入到市場的爭奪中來。汽車工業制造業等傳統領域的競爭愈加激烈,而新能源、軌道交通等藍海市場也在進一步壯大,相應地,對傳感器產生的信號處理、顯示和使用會帶出信息處理的市場需求也進一步提高。作為傳感器廠商能否緊跟市場需求的牽引,不斷拓展業務藍海,提高自身的技術實力,將成為在2009年乃至今后一段時間發展獲得突破的關鍵。
  

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