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國內的傳感器市場還有待發展,尤其是大電流傳感器技術,遠遠落后于水平。但是隨著經濟的發展,無論是軌道交通或者風電等新能源行業的發展需求都將帶動國內傳感器技術的發展越來越多的傳感器廠家把目光投向軌道交通、新能源等行業。
風電行業推進傳統傳感器技術的發展
從人類發展的早期開始,便將風能作為一種能源使用,隨著科學技術的發展,人們開始更加地運用風能。
德國的石勒蘇益格－荷爾斯泰因州位于北海和波羅的海之間,即使在風力不大的情況下,力士樂公司生產的風力發電機組仍可運行。如果風向從西北向北變化8度,測風儀就會把感測到的信號傳輸到控制系統,控制偏航驅動裝置將機艙定位到合適的位置。測風儀包括風速傳感器和風向傳感器,是隨著風電行業的發展而發展起來的。一般來說,風速傳感器應滿足測量范圍為0～60米／秒,誤差范圍在0.5米/秒以內,工作環境溫度應滿足當地氣溫條件。而風向傳感器應滿足測量范圍為0～360度,度在2.5度以內,工作環境溫度應滿足當地氣溫條件。
中國科學院電工研究所新能源組的副研究員李建林表示,“風電行業對測量高電壓、大電流傳感器,振動傳感器,溫度、濕度、測風、以及壓力傳感器等產品應用均會有所推進。”其中,由于電流傳感器是風能渦輪機中轉換器*的元件,在風電行業中的應用尤為重要。在某些逆變器內,小型和PCB安裝電流傳感器的應用非常廣泛。這些傳感器是轉換器閉環控制的一部分,可以確保逆變器快速反應。
當逆變器與發電機的智能功率控制同時使用時,可以確保在風能渦輪機啟動之后在一個很寬的風速范圍內為電網提供持續功率,直到渦輪機在上限風速時停機為止。為了對驅動器進行*定位,各個轉換器內的傳感器會對電流進行連續測量,電路控制器的質量和反應時間zui終由電流傳感器的設計和性能而確定。這就是具有小電流額定值的閉環電流傳感器廣泛應用在風電行業的原因。除了具有*的線性度和度之外,閉環電流傳感器本身還具有高帶寬以及快速的反應時間等優點。
李建林指出,國內的電流傳感器市場還有待發展,尤其是大電流傳感器技術,遠遠落后于水平。由于國內的大電流傳感器技術相對不夠成熟,國內風電整機廠商在采購大電流傳感器時,大多數會選擇進口產品,由于進口產品的價格往往高于國內產品的價格,這在一定程度上增加了生產成本壓力。而在小電流傳感器技術方面,國內的技術水平與水平已沒有多少差距。
由于國內風力發電站多設在“三北地區”（華北、東北、西北）及沿海地區,氣候相對惡劣,因此風電機組對傳感器性能的要求較高,尤其是對加熱功能、抗震性、抗高頻電磁干擾、防極性接反（連接）及風向指針抗沖擊和振動等能力的要求要遠高于通用傳感器的性能指標,而潮汐發電站的機組還要求傳感器具有良好的防海水腐蝕性能。
李建林告訴記者,傳感器在風電行業的應用并非僅僅局限于風力發電行業,就我國電力行業來說,使用傳感器的場合非常多。在電廠、電站主要使用壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器,在輸變電領域主要使用電壓傳感器、電流傳感器。它們大都屬于技術水平不高但對可靠性和穩定性要求較高的通用傳感器,而技術水平要求較高的光傳感器現在在電力行業應用還較少。
由于電廠、電站的傳感器一般都是由機組設備廠商進行選擇,所以國內傳感器應用的相對較多。輸變電領域則不同,相對發電領域,由于傳感器的一次性投入比較小,各個電網區域選擇品牌時對價格不是很敏感,而且使用一些比較新的技術可以提高輸變電水平,所以國外品牌的傳感器應用比較多。”
軌道交通帶動新型傳感器技術的發展
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zui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、工程師兼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*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zui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。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,將成為今后一段時間發展獲得突破的關鍵。
