光电传感器在轨道交通中的运用与分析

邓嘉

摘 要：在我国国民经济稳步提升，社会主义市场经济体制日趋完善的环境下，各行各业能够得到较广的发展空间。在科学技术方面，传感器的发展尤其迅速，其中，光电传感器因为具有工作高精度，形式多样化，结构简单化的特点得到在自动控制领域的广泛运用。文章就光电传感器在自动控制中的运用进行探讨，并对它的技术要求做分析。

关键词：光电传感器；自动控制；轨道交通建设；运用与技术

中图分类号：TP212 文献标志码：A 文章编号：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

传感器的作用是将化学量与物理量转换为电信号的形式，其中，光电传感器的工作方式是将光信号转换为电信号。通常光电传感器被用来检测光量变化的零件的位移、速度、加速度和辐射测温、光照度等。因此，光电传感器被广泛的应用在自动控制领域。其中光电传感器在交通轨道建设中的运用优势尤为突出。

1 光电传感器的分类

光电传感器的组成部分有检测电路、发射器和接收器，不同的组成结构和组成方式使得光电传感器具有多样化的特点。

1.1 对射式光电传感器

对射式光电传感器的特点在于分开安置发射器和接收器，发射器与接收器形成一个通路，接收器需要经过通路的传输才能接收到发射器发射的红外光。对射式光电传感器在检测通过的物体时，物体会将传感器的光路隔断，这一隔断的信息会及时反应到接收器，接收器通过接收的信息情况对开关进行控制。通常传感器的感应距离只允许一次光束跨越，因此，对射式光电传感器被广泛运用在有较大粉尘污染的环境中。比如在轨道交通的车辆系统中，由于车辆中人员活动较多，车辆内部空间小，车辆内二氧化碳的浓度就会快速升高，甚至有乘客携带的物品会产生有害气体，浑浊的空气环境会对人体造成危害[1]。这是就要光电传感器及时的、精确的检测空气环境，启动换气设备使车辆内部保持一个相对健康的环境。

1.2 反射式光电传感器

反射式光电传感器同时装备了发射器、接收器和反射板。在反射板的作用下，接收器能够接收到发射器发出的光电信息，这种控制操作系统通常被称为反射板反射式的光电开关。因为接收器要通过反射板的反射作用接收发射器所发出的光电，所以当有检测物体对光路形成隔断时，接受器是无法得到信息的，相应的，系统便会及时进行开关控制。通常的，我们检验不透明的物体时要用到反射式光电传感器。

1.3 漫反射式光电传感器

虽然，漫反射式光电传感器与反式光电传感器一样具有发射器和接收器装置，不同的是，这种光电传感器并不装备反光板，因此发射器发出的光线接收器无法接收到。只有当有物体通过光电传感器时，导致光线被阻挡，物体对光线形成反射，接收器便能收到光信息，并且输出开关的控制信号。所以，在大多数的自动冲水系统中运用漫反射式光电传感器[2]。

2 光电传感器的优点

2.1 检测距离长

光电传感器具有测物体距离长的特征，相比于运用电磁、超声等方式对物体进行检测，光电传感器这一特征尤为突出。光电传感器五大类之一的对射式光电传感器，能够做到增加距离几十米甚至近百米。对于大型的生产线或者复杂的地形，光电传感器能够充分的发挥优势。

2.2 檢测对象多

光电传感器检测物体的方式一般是感应是否有物体对光路形成阻断，因为物体自身的材料结构对光路的通畅基本上没有影响，所以被检测物体无论是由金属、塑料和皮革等材质制成或者以液体、气体等形态存在，光电传感器都能精确的进行检测工作。由此看来，光电传感器对物体的检测具有广泛性[3]。

2.3 检测物理量多

除了上文所说光电传感器检测物体的种类多之外，光电传感器对于不同种类的物理量也不受影响。无论是物体的颜色、成分还是物体运动方向、位移和加速度等，光电传感器都能高效的进行检测。在自动控制领域有很强的适用性，在大型控制设备中起关键作用。

2.4 快速响应

光电传感器，顾名思义，光电传感器电路是完全由电子元件组成的，做到零机械操作，避免了机械工作时间长的问题。所以光电传感器在检测工作中接收光信息并输出开关控制信号的速度极快。

3 光電传感器在轨道交通中的运用

随着轨道交通机车的重载化、高速化，传统的传感器设备已经无法满足具有高抗干扰、高耐用性的要求。2005年1月，美国华盛顿将能够检测化学毒物的光电传感器在地铁站投入使用，之后便有越来越的地铁站运用光电传感器检测地铁站的空气质量以保证交通轨道的正常运行。2008年我国举办奥运会后，大量检测易燃易爆物和有毒化学物体的光电传感器在各个城市的交通轨道站点被安装。光电传感器为我们今天交通轨道安全运行做出了巨大贡献。

3.1 光电传感器在列车屏蔽门的运用

屏蔽门安装传感器系统是一个保证交通轨道安全的光电传感器的运用。在光电传感器广泛运用之前，经常发生乘客被夹在屏蔽门与列车之间的事故。屏蔽门大部分运用对射式光电传感器，当乘客隔断了发射器与接收器之间的红外线传输，屏蔽门便自动收到开关控制信号，防止将乘客夹住的危险发生。美国邦纳工程国际有限公司是一家专门制造传感器的公司，它针对列车屏蔽门制造了超长距离障碍物检测的红外高能对射传感器——QS30EX。下图1为QS30EX红外对射传感器安装示意图：

3.2 测量高电压环境下的电机温度

如今铂电阻式温度传感器运用在列车上以监测列车在运行过程中转向架上的电机温度，而由于铂电阻具有体积过小的缺点，引线断裂、短路等故障时常发生。通过荧光光纤温度传感的使用，能够较好的规避铂电阻式温度传感器的不足之处。光纤传感有石英玻璃制成，具有良好的绝缘性，而且光纤式光电传感器组成结构简单，一根光纤就能完成所以测量工作。因此，光纤式光电传感器更加适用于测量机电温度的工作。2016年12月，安徽黄山羊栈岭隧道便应用了光纤光栅感温探测报警系统。

3.3 车厢防火监控设备

列车车厢内对于温度的检测要求极高，一旦没有检测到车厢内温度过高的现象，没有做出相应的处理措施，便容易引发火灾等危险事故。现如今列车防火监控系统主要运用烟雾报警器和红外线报警器这两类传感器设备。这两类设备能够时时刻刻的对列车内的温度监控，以方式灾难发生。2016年2月，乘客韩某在高铁列车上忍不住烟瘾在列车卫生间抽烟，烟头引发卫生间纸篓着火，触发烟雾报警，制止了一场火灾的发生，韩某也因此受到了相应处罚。但是，这两类系统仍然存在一定不足之处，比如它们无法在存在火灾隐患前发出报警信号，当火灾真正发生时在报警已经是为时已晚；或者当有乘客在列车车厢内吸烟时会触发烟雾报警器，具有不可靠性[6]。

3.4 铁路防灾监控系统

由于我国地域广阔，自然灾害的发生较为频繁，地震、泥石流和滑坡等自然灾害严重阻碍了铁路的安全运行并为国家铁路局带来了巨大的经济损失。新疆曾经发生过两次列车被强风吹翻的事故。我们可以运用铁路防灾监控系统评估铁路沿线发生自然灾害的可能性，提前做好预防灾难措施，以降低自然灾难带来的危险和损失。光电传感器因为测试性能强，应当广泛的运用在对铁路的自然灾害监测工作中。日本是自然灾害发生较为频繁的国家，但是日本新干线自从运营以来从未发生过因为自然灾害引起事故导致乘客死亡的事件，这归功于日本铁路专家有效运用光电传感技术完善铁路保障系统。

因为光电传感器具有测试种类、物理量多，测试速度快等特征，完全适用于对列车的速度测量。而且，光电传感器体积小，制造成本又低，能够大量的被用于对列车轨道桥梁或者隧道的安全监测工作。光电传感器还具有检测距离长的特点，这样铁路沿线是否发生泥石流、铁路电力传输网是否结冰的监检工作便能得以高效解决。

4 结束语

综上所述，本文简单的介绍了光电传感器的种类以及在自动控制领域运用的优势，分析了光电传感器在轨道交通中运用的必要性。随着时代的发展，光电传感器技术已经与我们的生活密不可分，推动着我国经济建设的发展，为我国社会主义现代化发展做出重要的贡献。

参考文献：

[1]李积虎.光电传感器在自动控制中的应用[J].现代工业经济和信息化，2018，8（10）：68-69.

[2]杜文锋.光电传感器在自动控制中的应用分析[J].中国设备工程，2017（18）：130-131.

[3]梁潇怀.光电传感器在自动控制领域的应用[J].信息记录材料，2017，18（08）：12-13.

[4]黄滔，邝仕强.光电传感器在自动控制系统中的应用分析[J].信息与电脑（理论版），2017（09）：149-150.

[5]周钦河.浅谈光电传感器在自动控制中的应用[J].科技创新与应用，2013（28）：24.