傳感器在交通機(jī)電自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析

梁軍賢

（甘肅紫光智能交通與控制技術(shù)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型步伐的加快，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的產(chǎn)業(yè)改造提出了迫切要求。在此背景下，傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用，助推了這些產(chǎn)業(yè)的改造步伐，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代。作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的支柱行業(yè)，交通運(yùn)輸?shù)闹匾杂油癸@，而機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)的先進(jìn)性，對(duì)于交通運(yùn)輸行業(yè)現(xiàn)代化具有重要意義。因此，不斷優(yōu)化機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)，提高信息處理效率，成為機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)研究和應(yīng)用的重要課題。要想實(shí)現(xiàn)交通機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的智能化和數(shù)字化目標(biāo)，就要提升傳感器技術(shù)的水平，充分融合數(shù)字化技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)等最新科學(xué)技術(shù)，提高對(duì)各種信息收集和反饋的能力，提升傳感器的智能化水平，進(jìn)而不斷優(yōu)化和促進(jìn)運(yùn)輸機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)的控制效果。作為交通機(jī)電自動(dòng)化控制裝置的信息感受器官，傳感器能夠利用其全面的感知功能，通過(guò)傳感器的各個(gè)功能的敏感元件，對(duì)外界的各類信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的采集，并發(fā)揮其智能化功能對(duì)信息進(jìn)行精準(zhǔn)的識(shí)別和分析，從而為交通機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供各種重要的技術(shù)依據(jù)，使控制系統(tǒng)依據(jù)這些信息，制定精準(zhǔn)的信息指令，并把這些指令快速地傳遞下去，實(shí)現(xiàn)交通機(jī)電一體化、自動(dòng)化和智能化控制系統(tǒng)的整合功能。

1 傳感器技術(shù)概述

在數(shù)字化技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的助推下，傳感器技術(shù)在交通機(jī)電自動(dòng)化控制中得到了廣泛應(yīng)用。利用傳感器技術(shù)的檢測(cè)能力和感知能力，提高了交通機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信息采集和傳輸能力，推動(dòng)了交通機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的一體化和智能化發(fā)展。作為機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，傳感器技術(shù)打破了傳統(tǒng)機(jī)電控制系統(tǒng)的框架，引入了諸多領(lǐng)域的新技術(shù)，通過(guò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)或信息技術(shù)相融合，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行精細(xì)化處理，并采用集成化和智能化信息采集和傳輸方式，改變了機(jī)電控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)功能，促進(jìn)了交通機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的一體化發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，把這些最新技術(shù)融入機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)當(dāng)中，從而提高了交通機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，提高了機(jī)電控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)于交通機(jī)電自動(dòng)化控制的發(fā)展，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

1.1 傳感器技術(shù)的發(fā)展歷程

作為一種智能檢測(cè)裝置，利用傳感器可以對(duì)外界信息進(jìn)行及時(shí)感知，將相關(guān)信息采集，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)快速傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的控制、記錄、保存、分析。傳感器的發(fā)展主要有三個(gè)階段：

第一個(gè)階段是結(jié)構(gòu)傳感器階段。結(jié)構(gòu)傳感器是以結(jié)構(gòu)參量為媒介，對(duì)外界的信號(hào)進(jìn)行電轉(zhuǎn)化。

第二個(gè)階段是固體傳感器階段。固體傳感器主要對(duì)材料進(jìn)行科學(xué)選取，如利用磁性材料或者半導(dǎo)體材料的傳導(dǎo)功能，研發(fā)出光敏傳感器、熱電偶傳感器等固體傳感器；同時(shí)，利用電子技術(shù)和集成技術(shù)，提高固體傳感器的集成傳感功能。

第三個(gè)階段是智能傳感器階段，智能傳感器是利用微型計(jì)算機(jī)處理器，并結(jié)合智能化采集、檢測(cè)和處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感器的自動(dòng)化和智能化的。

1.2 傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，作為一種現(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備，傳感器利用其信息獲取、保存、處理、傳播等功能，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中，傳感器技術(shù)極大地推動(dòng)了機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展，成為機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要組成部分。在數(shù)字化技術(shù)的推動(dòng)下，傳感器技術(shù)改變了傳統(tǒng)的機(jī)電控制系統(tǒng)操作模式，使信息傳輸從單一化走向智能化，從技術(shù)操作的復(fù)雜化趨向自動(dòng)化，從而有效提升了機(jī)電控制系統(tǒng)的控制水平和控制質(zhì)量，對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，傳感器智能化程度不斷提高，智能檢測(cè)技術(shù)得到不斷完善，傳感器的記憶功能、自診斷功能以及聯(lián)網(wǎng)通信功能應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，為傳感器智能化和自動(dòng)化發(fā)展提供了方向。

其一，傳感器的智能檢測(cè)功能不斷完善，對(duì)于機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)檢測(cè)效率和檢測(cè)質(zhì)量提供了技術(shù)保障。

其二，傳感器技術(shù)的自我調(diào)控功能不斷增強(qiáng)，從而提升了機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平，為傳感器技術(shù)的研發(fā)提供了路徑。

其三，傳感器技術(shù)推動(dòng)了集成化傳感器的應(yīng)用和發(fā)展，但在重量、體積以及穩(wěn)定性等方面尚有較大的技術(shù)發(fā)展空間，在此背景下，新型集成化傳感器研發(fā)具有較大的潛力，成為傳感器技術(shù)發(fā)展的重要方向。

2 機(jī)電自動(dòng)化控制中傳感器技術(shù)應(yīng)用特征

機(jī)電自動(dòng)化控制中傳感器技術(shù)應(yīng)用特征具有4 個(gè)特點(diǎn)，具體如圖1 所示。

圖1 傳感器技術(shù)應(yīng)用特征

2.1 傳感器日趨集成化與智能化

在信息化時(shí)代，在數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的共同推動(dòng)下，機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)研發(fā)取得飛速的發(fā)展。其中，傳統(tǒng)傳感器技術(shù)已不能適應(yīng)機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的最新要求，傳感器技術(shù)日益趨向集成化、智能化，成為推進(jìn)機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)高效、高質(zhì)量運(yùn)行的發(fā)展方向。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，為了提升機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的智能化，就要選取高度集成化、智能化的傳感器。只有傳感器高度智能化，才能確保機(jī)電控制系統(tǒng)自動(dòng)化的效率；只有傳感器高度集成化，才能拓展傳感器的功能，提升傳感器的信息收集效率和信息處理質(zhì)量，確保信息監(jiān)測(cè)水平的多樣化和穩(wěn)定性。

2.2 傳感器新材料研發(fā)加快

隨著材料技術(shù)的快速發(fā)展，新型傳感材料不斷涌現(xiàn)，為傳感器技術(shù)應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)，為了確保傳感器新技術(shù)得到有效應(yīng)用，對(duì)傳感材料提出了較高要求。而傳感材料傳輸效率的高低，決定了傳感器的高效性。因此，加快傳感材料的研發(fā)，對(duì)于傳感器技術(shù)的應(yīng)用極為重要。同時(shí)，為了保證傳感器監(jiān)測(cè)精度和監(jiān)測(cè)結(jié)果的有效性，就需要傳感器具備理想的傳輸效率，因此在傳感器技術(shù)應(yīng)用時(shí)，就要選取傳輸效率符合標(biāo)準(zhǔn)的傳感器。從這個(gè)意義上講，加大新型傳感材料的研發(fā)力度，成為提高傳感器傳輸效率和傳輸質(zhì)量的重要舉措。目前，在傳感器技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，智能超傳導(dǎo)材料以其優(yōu)異的感知能力，以及對(duì)信息的識(shí)別和判斷能力，在傳感器技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中極大地提高了傳感器的傳輸效率，提升了傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性。

2.3 傳感器功能整合化趨勢(shì)明顯

目前，傳感器智能化發(fā)展快速，極大地推動(dòng)了機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展。就我國(guó)的傳感器技術(shù)研究來(lái)說(shuō)，由于在傳感器的研發(fā)上尚處在起步階段，與國(guó)外傳感器技術(shù)相比，在傳感效率和精度上尚有很大的差距。因此，加大智能傳感器的研究投入，不斷提升機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能，成為我國(guó)在機(jī)電自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車的重要手段。在研發(fā)途徑上，要把傳感器技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)相融合，不斷推進(jìn)芯片化設(shè)計(jì)研發(fā)，增強(qiáng)傳感器的信息處理能力和感知能力；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)傳感器技術(shù)與人工智能技術(shù)相融合，推進(jìn)傳感器的智能化設(shè)計(jì)水平，在靈敏性和控制效果上實(shí)現(xiàn)突破，進(jìn)而提高傳感器的認(rèn)知能力。

2.4 傳感器技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)融合加快

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)現(xiàn)代化步伐加快，機(jī)電一體化技術(shù)的重要性日漸凸顯，機(jī)電技術(shù)逐漸從傳統(tǒng)的機(jī)械化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化推進(jìn)，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。對(duì)于機(jī)電技術(shù)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)自動(dòng)化、一體化，可以有效地提升工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)還能降低生產(chǎn)成本。為了推動(dòng)機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)智能化和自動(dòng)化發(fā)展，就需要對(duì)多種類型的技術(shù)進(jìn)行整合運(yùn)用。作為機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)體系的重要組成部分，傳感器技術(shù)的自動(dòng)化和智能化水平的高低，對(duì)外界信息探測(cè)感知能力的大小，對(duì)外界信息采集速度和精準(zhǔn)度的大小，對(duì)于機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)決策準(zhǔn)確性和自動(dòng)化程度具有重要影響，成為機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)做出決策的重要依據(jù)。因此，加快傳感器技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)融合步伐，成為機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)不斷優(yōu)化的重要技術(shù)支撐，對(duì)于機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化發(fā)展具有重要意義。

3 交通機(jī)電自動(dòng)化控制中傳感器技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在智能化汽車中的應(yīng)用

當(dāng)今，數(shù)字化技術(shù)日新月異，傳感器技術(shù)智能化應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。在汽車行業(yè)，傳感器技術(shù)為汽車機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的智能化變革提供了重要的技術(shù)支撐，智能化汽車成為傳感器技術(shù)在汽車行業(yè)的重要應(yīng)用途徑。在此背景下，智能化車輛研發(fā)得到不斷深化。對(duì)于智能化汽車來(lái)說(shuō)，對(duì)外界的感知能力是智能化汽車的重要窗口，這就需要不同功能的傳感器功能疊加才能實(shí)現(xiàn)。如在行進(jìn)中，為了有效感知相鄰車道車輛的運(yùn)行情況，在十字路后對(duì)交通信號(hào)、行人等進(jìn)行掃描和探測(cè)，就需要配備多功能傳感器系統(tǒng)，如側(cè)向激光雷達(dá)、角毫米波雷達(dá)、前向毫米波雷達(dá)等。同時(shí)，根據(jù)智能化汽車整體設(shè)計(jì)規(guī)劃，在汽車相應(yīng)的位置上進(jìn)行合理配置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外界各類信息的采集、傳輸功能，為汽車控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 在道路交通管理中的應(yīng)用

目前，傳感器技術(shù)智能化應(yīng)用不斷深化，也深刻地改變了道路交通管理的傳統(tǒng)管理模式，突破了原有的低效管理方式，極大地提高了交通管理效率，降低了各種交通事故的發(fā)生概率，對(duì)于道路交通管理的科學(xué)化發(fā)展具有重要意義。在城市交通道路中，依據(jù)道路設(shè)計(jì)規(guī)劃，通過(guò)在相應(yīng)的位置安裝不同類型的傳感器，如交通信號(hào)燈、電子測(cè)速以及電子抓拍等，可實(shí)時(shí)監(jiān)控道路車輛的運(yùn)行狀況，對(duì)運(yùn)行車輛和人員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析，并對(duì)各類信息進(jìn)行整合判斷，確定各路段的車流密度和擁堵狀況，進(jìn)而采取有效的優(yōu)化策略進(jìn)行科學(xué)疏導(dǎo)。同時(shí)，傳感器智能化發(fā)展也提升了高速收費(fèi)站的管理效率，提高了對(duì)車輛的檢測(cè)速率。比如，在高速收費(fèi)站，利用質(zhì)量傳感器的檢測(cè)功能，可以對(duì)車輛載重情況進(jìn)行快速檢測(cè)，從而確定汽車是否超載，提高了高速收費(fèi)站的工作效率，減輕了檢測(cè)人員的工作量。

3.3 在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

傳感器技術(shù)的發(fā)展為汽車設(shè)計(jì)提供重要的技術(shù)支撐，拓展了汽車設(shè)計(jì)思路，從而有效地提高了汽車的自動(dòng)化和智能化整體功能設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)了汽車整體功能的發(fā)展。一方面，傳感器技術(shù)改變了傳統(tǒng)的人為控制系統(tǒng)，推動(dòng)了汽車機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)智能化發(fā)展，使汽車趨向人性化和自動(dòng)化，提高了汽車駕駛的便捷性和安全性。另一方面，通過(guò)利用傳感器技術(shù)，在汽車機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中安裝各類傳感器，如紅外線傳感器、壓力傳感器以及曲軸位置傳感器等，提升了汽車各個(gè)零配件的協(xié)調(diào)運(yùn)行能力，使汽車機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一體化運(yùn)行和信息共享，提高了汽車機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的整體功能。

3.4 在汽車制造中的應(yīng)用

隨著人們物質(zhì)生活的日益提高，對(duì)汽車的需求量不斷加大，對(duì)汽車制造行業(yè)提出了更高的要求。在此背景下，汽車制造規(guī)模化、自動(dòng)化發(fā)展成為主流，而利用傳感器技術(shù)，成為提高汽車生產(chǎn)設(shè)備機(jī)械自動(dòng)化水平的重要技術(shù)手段。在汽車制造流程中，利用不同類型的傳感器，提高了汽車制造設(shè)備的智能化和自動(dòng)化發(fā)展，使各個(gè)制造流程實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的生產(chǎn)狀態(tài)。同時(shí)，利用傳感器技術(shù)，可以對(duì)汽車生產(chǎn)過(guò)程中各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和傳輸，汽車制造設(shè)備依據(jù)傳輸過(guò)來(lái)的參數(shù)，對(duì)汽車制造各流程進(jìn)行參數(shù)調(diào)整與校對(duì)，從而提高制造各流程的流暢性，提升汽車零件制造的精準(zhǔn)性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在傳感器技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)助推下，交通機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化步伐加快，成為我國(guó)交通管理和智能化汽車發(fā)展的重要推動(dòng)力。目前，我國(guó)交通機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)中傳感器日趨集成化與智能化，新材料傳感器得到深度應(yīng)用，智能化發(fā)展步伐加快，傳感器技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)融合加快，使交通機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信息感知速度加快，提升信息采集和處理精準(zhǔn)度，從而推動(dòng)了交通機(jī)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)高效化和優(yōu)質(zhì)化發(fā)展。利用傳感器技術(shù)，拓寬了汽車設(shè)計(jì)的思路和功能化設(shè)計(jì)方向，提高了智能化汽車研發(fā)和應(yīng)用的步伐，提升了汽車制造行業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時(shí)為交通道路科學(xué)化管理提供了有力的技術(shù)支持，助推了交通道路監(jiān)控、交通規(guī)劃和交通收費(fèi)等環(huán)節(jié)的人性化、自動(dòng)化和智能化發(fā)展。