光電傳感器在軌道交通中的運用與分析

鄧嘉

摘 要：在我國國民經濟穩步提升，社會主義市場經濟體制日趨完善的環境下，各行各業能夠得到較廣的發展空間。在科學技術方面，傳感器的發展尤其迅速，其中，光電傳感器因為具有工作高精度，形式多樣化，結構簡單化的特點得到在自動控制領域的廣泛運用。文章就光電傳感器在自動控制中的運用進行探討，并對它的技術要求做分析。

關鍵詞：光電傳感器；自動控制；軌道交通建設；運用與技術

中圖分類號：TP212 文獻標志碼：A 文章編號：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量與物理量轉換為電信號的形式，其中，光電傳感器的工作方式是將光信號轉換為電信號。通常光電傳感器被用來檢測光量變化的零件的位移、速度、加速度和輻射測溫、光照度等。因此，光電傳感器被廣泛的應用在自動控制領域。其中光電傳感器在交通軌道建設中的運用優勢尤為突出。

1 光電傳感器的分類

光電傳感器的組成部分有檢測電路、發射器和接收器，不同的組成結構和組成方式使得光電傳感器具有多樣化的特點。

1.1 對射式光電傳感器

對射式光電傳感器的特點在于分開安置發射器和接收器，發射器與接收器形成一個通路，接收器需要經過通路的傳輸才能接收到發射器發射的紅外光。對射式光電傳感器在檢測通過的物體時，物體會將傳感器的光路隔斷，這一隔斷的信息會及時反應到接收器，接收器通過接收的信息情況對開關進行控制。通常傳感器的感應距離只允許一次光束跨越，因此，對射式光電傳感器被廣泛運用在有較大粉塵污染的環境中。比如在軌道交通的車輛系統中，由于車輛中人員活動較多，車輛內部空間小，車輛內二氧化碳的濃度就會快速升高，甚至有乘客攜帶的物品會產生有害氣體，渾濁的空氣環境會對人體造成危害[1]。這是就要光電傳感器及時的、精確的檢測空氣環境，啟動換氣設備使車輛內部保持一個相對健康的環境。

1.2 反射式光電傳感器

反射式光電傳感器同時裝備了發射器、接收器和反射板。在反射板的作用下，接收器能夠接收到發射器發出的光電信息，這種控制操作系統通常被稱為反射板反射式的光電開關。因為接收器要通過反射板的反射作用接收發射器所發出的光電，所以當有檢測物體對光路形成隔斷時，接受器是無法得到信息的，相應的，系統便會及時進行開關控制。通常的，我們檢驗不透明的物體時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，因此發射器發出的光線接收器無法接收到。只有當有物體通過光電傳感器時，導致光線被阻擋，物體對光線形成反射，接收器便能收到光信息，并且輸出開關的控制信號。所以，在大多數的自動沖水系統中運用漫反射式光電傳感器[2]。

2 光電傳感器的優點

2.1 檢測距離長

光電傳感器具有測物體距離長的特征，相比于運用電磁、超聲等方式對物體進行檢測，光電傳感器這一特征尤為突出。光電傳感器五大類之一的對射式光電傳感器，能夠做到增加距離幾十米甚至近百米。對于大型的生產線或者復雜的地形，光電傳感器能夠充分的發揮優勢。

2.2 檢測對象多

光電傳感器檢測物體的方式一般是感應是否有物體對光路形成阻斷，因為物體自身的材料結構對光路的通暢基本上沒有影響，所以被檢測物體無論是由金屬、塑料和皮革等材質制成或者以液體、氣體等形態存在，光電傳感器都能精確的進行檢測工作。由此看來，光電傳感器對物體的檢測具有廣泛性[3]。

2.3 檢測物理量多

除了上文所說光電傳感器檢測物體的種類多之外，光電傳感器對于不同種類的物理量也不受影響。無論是物體的顏色、成分還是物體運動方向、位移和加速度等，光電傳感器都能高效的進行檢測。在自動控制領域有很強的適用性，在大型控制設備中起關鍵作用。

2.4 快速響應

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，做到零機械操作，避免了機械工作時間長的問題。所以光電傳感器在檢測工作中接收光信息并輸出開關控制信號的速度極快。

3 光電傳感器在軌道交通中的運用

隨著軌道交通機車的重載化、高速化，傳統的傳感器設備已經無法滿足具有高抗干擾、高耐用性的要求。2005年1月，美國華盛頓將能夠檢測化學毒物的光電傳感器在地鐵站投入使用，之后便有越來越的地鐵站運用光電傳感器檢測地鐵站的空氣質量以保證交通軌道的正常運行。2008年我國舉辦奧運會后，大量檢測易燃易爆物和有毒化學物體的光電傳感器在各個城市的交通軌道站點被安裝。光電傳感器為我們今天交通軌道安全運行做出了巨大貢獻。

3.1 光電傳感器在列車屏蔽門的運用

屏蔽門安裝傳感器系統是一個保證交通軌道安全的光電傳感器的運用。在光電傳感器廣泛運用之前，經常發生乘客被夾在屏蔽門與列車之間的事故。屏蔽門大部分運用對射式光電傳感器，當乘客隔斷了發射器與接收器之間的紅外線傳輸，屏蔽門便自動收到開關控制信號，防止將乘客夾住的危險發生。美國邦納工程國際有限公司是一家專門制造傳感器的公司，它針對列車屏蔽門制造了超長距離障礙物檢測的紅外高能對射傳感器——QS30EX。下圖1為QS30EX紅外對射傳感器安裝示意圖：

3.2 測量高電壓環境下的電機溫度

如今鉑電阻式溫度傳感器運用在列車上以監測列車在運行過程中轉向架上的電機溫度，而由于鉑電阻具有體積過小的缺點，引線斷裂、短路等故障時常發生。通過熒光光纖溫度傳感的使用，能夠較好的規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構簡單，一根光纖就能完成所以測量工作。因此，光纖式光電傳感器更加適用于測量機電溫度的工作。2016年12月，安徽黃山羊棧嶺隧道便應用了光纖光柵感溫探測報警系統。

3.3 車廂防火監控設備

列車車廂內對于溫度的檢測要求極高，一旦沒有檢測到車廂內溫度過高的現象，沒有做出相應的處理措施，便容易引發火災等危險事故。現如今列車防火監控系統主要運用煙霧報警器和紅外線報警器這兩類傳感器設備。這兩類設備能夠時時刻刻的對列車內的溫度監控，以方式災難發生。2016年2月，乘客韓某在高鐵列車上忍不住煙癮在列車衛生間抽煙，煙頭引發衛生間紙簍著火，觸發煙霧報警，制止了一場火災的發生，韓某也因此受到了相應處罰。但是，這兩類系統仍然存在一定不足之處，比如它們無法在存在火災隱患前發出報警信號，當火災真正發生時在報警已經是為時已晚；或者當有乘客在列車車廂內吸煙時會觸發煙霧報警器，具有不可靠性[6]。

3.4 鐵路防災監控系統

由于我國地域廣闊，自然災害的發生較為頻繁，地震、泥石流和滑坡等自然災害嚴重阻礙了鐵路的安全運行并為國家鐵路局帶來了巨大的經濟損失。新疆曾經發生過兩次列車被強風吹翻的事故。我們可以運用鐵路防災監控系統評估鐵路沿線發生自然災害的可能性，提前做好預防災難措施，以降低自然災難帶來的危險和損失。光電傳感器因為測試性能強，應當廣泛的運用在對鐵路的自然災害監測工作中。日本是自然災害發生較為頻繁的國家，但是日本新干線自從運營以來從未發生過因為自然災害引起事故導致乘客死亡的事件，這歸功于日本鐵路專家有效運用光電傳感技術完善鐵路保障系統。

因為光電傳感器具有測試種類、物理量多，測試速度快等特征，完全適用于對列車的速度測量。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列車軌道橋梁或者隧道的安全監測工作。光電傳感器還具有檢測距離長的特點，這樣鐵路沿線是否發生泥石流、鐵路電力傳輸網是否結冰的監檢工作便能得以高效解決。

4 結束語

綜上所述，本文簡單的介紹了光電傳感器的種類以及在自動控制領域運用的優勢，分析了光電傳感器在軌道交通中運用的必要性。隨著時代的發展，光電傳感器技術已經與我們的生活密不可分，推動著我國經濟建設的發展，為我國社會主義現代化發展做出重要的貢獻。

參考文獻：

[1]李積虎.光電傳感器在自動控制中的應用[J].現代工業經濟和信息化，2018，8（10）：68-69.

[2]杜文鋒.光電傳感器在自動控制中的應用分析[J].中國設備工程，2017（18）：130-131.

[3]梁瀟懷.光電傳感器在自動控制領域的應用[J].信息記錄材料，2017，18（08）：12-13.

[4]黃滔，鄺仕強.光電傳感器在自動控制系統中的應用分析[J].信息與電腦（理論版），2017（09）：149-150.

[5]周欽河.淺談光電傳感器在自動控制中的應用[J].科技創新與應用，2013（28）：24.