船舶新型传感器
作者：刘贞贤



       近年来船舶自动化迅速发展，传感器在船舶系统中有着举足轻重的作用。如通信导航系统中使用GPS实现自动导航，船舶气象仪中利用传感器测量风速、风向和湿度，利用测深仪测量船舶的航速与水底的深度等。未来船舶更是向着自动化、智能化方向发展，船载控制系统复杂性不断增加，对船舶各种机械设备和船载控制系统的自动化要求逐步提高，对船舶系统中的传感器的性能、测量范围、数据传输速度、与计算机的融合性等也提出了更高的要求，传统传感器已经不能满足自动化检测和控制的需求。随着新技术、新材料、新工艺的发展，以及计算机的多功能化、智能化的发展，越来越多的精度高、灵敏度高、响应快、便于微机处理的新型传感器在船舶系统中得到了广泛应用，如光纤传感器、磁致伸缩位移传感器、智能传感器等。这些新型传感器为大阳城娱乐船舶的操作运行提供了更加丰富及时的传感信息，为船舶早期危险报警、损伤评估、设备故障检测等提供了更多保证。

一、光纤传感器

       光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、调制器、光探测器以及解调制器组成，如图1所示。其基本原理是将光源的光经入射光纤送入调制器，光在调制器内与外界被测物体的被测参数相互作用，使光的光学性质（如强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，成为调制光，再经出射光纤送入光探测器，经解调器解调后获得被测参数。

       目前光纤传感器已开始在船舶系统中安装使用，经受了大量工作考验，监测结果非常理想。光纤传感器实物如图2所示。应用光纤传感器的系统有机舱监控、主机机械故障诊断、货舱液位监控、通风加热空调系统、破损控制系统等。比如利用光纤加速度计测量振动，以评估轴承的平衡程度，进而监控旋转机械如主机的工作状况，以改进维修计划表，并对可能发生的故障进行预报警，使机械设备的运行最佳化；将光纤温度传感器安装在整个电力配电网络中，对配电网络的温度进行连续监控，在出现温度过高点时，及时采取措施，可有效防止电气火灾。

       光纤传感器相对于普通船用传感器有着诸多优点。第一，光纤传感器接收来自光源的信号，经过修正以后得到所测的参量，然后通过输出光纤传送至相距较远的光探测器。整个测量和传输过程都无须电源和信号线，因此也不会受到电磁的干扰。并且光纤传感器自身也不产生电磁干扰，因此光纤传感器之间也不会产生交调失真。第二，由于光纤不会短路，本质是安全的，所以可以工作在含有易燃易爆气体的环境中，并且当出现火灾和浸水事故时，仍能继续工作。

       第三，光纤传感器具有多路传输能力，可以与光纤传输系统很好地兼容，大量光纤传感器将数据通过多路传送构成一个光纤网络，并利用计算机对监测的数据信息进行集中控制和管理，使船舶系统中的传感器监测系统大大简化。以上光纤传感器的诸多优点使得其在船舶系统中的应用更加可行和广泛。

二、磁致伸缩位移传感器

       1842年科学家James Prescott Joule发现，当铁磁体受到外磁场作用而磁化时，铁磁体的体积、形状将发生变化，特别是铁磁体在磁场方向上的长度会发生变化。这种磁效应称为磁致伸缩。磁致伸缩位移传感器就是利用磁致伸缩原理进行测量的新型位移传感器，如图3所示。利用两个磁场，一个磁场来自活动磁环中的永磁铁，另一个来自传感器电子仓中的电子部件产生的激励脉冲。激励脉冲沿传感器内用磁致伸缩材料制造的波导管以声速传播。当与磁环中的永磁场相交时，由于磁致伸缩现象，波导管即产生机械振动，并由之形成一个应变脉冲。传感器中的感应电路随即探测到应变脉冲。从产生激励脉冲的一刻到应变脉冲被探测到总时间乘以固定的声速，便能准确地计算出磁铁的位置变化。将外部活动磁环与实际被检测体安装在一起，就是磁致伸缩位移传感器了。

       磁致伸缩位移传感器的优点：磁致伸缩位移传感器的测量过程是连续不断的，每当磁环位置改变时，新的位置会迅速被测量出来，响应时间快；由于输出信号是绝对位移值，而且不需要再放大处理，所以不存在信号漂移或变值的情况，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更不必像其他传感器那样需要定期重新标定；磁致伸缩位移传感器中作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，不存在摩擦和磨损，可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其他污染的影响，大大地提高了检测的可靠性和使用寿命。另外，磁致伸缩位移传感器还具有高精度、高分辨率、高稳定性、有效传递距离达1 km以上等优点。

       船舶上许多地方需要利用位移传感器，比如燃油油位检测、舱底污水水位检测、锅炉水位检测以及特殊船舶如散装化学品运输船的液舱液位遥测与溢流控制、油船的油位检测与溢流控制等。另外船舶上诸多阀门也要进行开启行程监测。目前，船舶上常用的传统位移传感器存在着测量精度低、重复性低、稳定性差、数据传输衰减快等缺陷。随着船舶自动化程度的提高，对液位和阀门的检测精度有着越来越高的要求，磁致伸缩位移传感器在船舶上将有着非常广泛的应用前景。

三、智能传感器

       智能传感器作为21世纪最具影响力和发展前景的高新技术，正引起国内外电子信息界的高度重视，是一种发展前景十分广阔的新型传感器。所谓智能传感器（intelligent sensor）就是一种带微处理机的，兼有信息采集、信息检测、信息处理、信息记忆、信息交换、逻辑思维与学习判断功能的传感器，其外形如图5所示。它主要由基本传感器、微处理器和相关电路组成。其最主要特征是将传感器的信息检测功能与微处理器的信息处理功能有机地融合在一起，具有一定的人工智能作用。

智能传感器的主要特点有：

（1）具有自校零、自标定、自校正功能；

（2）具有自动补偿功能；

（3）能够自动采集数据，并对数据进行预处理；

（4）能够自动进行检验、自选量程、自寻故障；

（5）具有数据存储、记忆与信息处理功能；

（6）具有双向通信、标准化数字输出或者符号输出功能；

（7）具有判断、决策处理功能。

       智能传感器可以在船舶系统中用于流量、压力、加速度、振动冲击和温湿度的测量。相比传统传感器，通过计算机软件技术，智能传感器可实现信息采集的高精度、高稳定性及可靠性、高分辨率以及较好的适应性和非常高的性价比，并且通过系统和网络处理器可以使传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间进行良好的数据交换和共享，从而实现多传感器的信息融合。

四、结语

       随着船舶产业的迅速发展和船舶自动化程度的提高，各种功能全、性能好、质量可靠、准确性高、测量范围广的新型传感器将不断地应用在船舶系统中，为庞大的日趋复杂的船舶系统提供更加及时可靠的监测信息，并结合计算机技术大大提高船舶的安全性和经济性。





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