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)
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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?tīng)顩r,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。
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。
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)?;⒆詣?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。
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。