近年來(lái)船舶自動(dòng)化迅速發(fā)展，傳感器在船舶系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用。如通信導(dǎo)航系統(tǒng)中使用GPS實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航，船舶氣象儀中利用傳感器測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向和濕度，利用測(cè)深儀測(cè)量船舶的航速與水底的深度等。未來(lái)船舶更是向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，船載控制系統(tǒng)復(fù)雜性不斷增加，對(duì)船舶各種機(jī)械設(shè)備和船載控制系統(tǒng)的自動(dòng)化要求逐步提高，對(duì)船舶系統(tǒng)中的傳感器的性能、測(cè)量范圍、數(shù)據(jù)傳輸速度、與計(jì)算機(jī)的融合性等也提出了更高的要求，傳統(tǒng)傳感器已經(jīng)不能滿足自動(dòng)化檢測(cè)和控制的需求。隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)的多功能化、智能化的發(fā)展，越來(lái)越多的精度高、靈敏度高、響應(yīng)快、便于微機(jī)處理的新型傳感器在船舶系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，如光纖傳感器、磁致伸縮位移傳感器、智能傳感器等。這些新型傳感器為現(xiàn)代船舶的操作運(yùn)行提供了更加豐富及時(shí)的傳感信息，為船舶早期危險(xiǎn)報(bào)警、損傷評(píng)估、設(shè)備故障檢測(cè)等提供了更多保證。
一、光纖傳感器
光纖傳感器由光源、入射光纖、出射光纖、調(diào)制器、光探測(cè)器以及解調(diào)制器組成，如圖1所示。其基本原理是將光源的光經(jīng)入射光纖送入調(diào)制器，光在調(diào)制器內(nèi)與外界被測(cè)物體的被測(cè)參數(shù)相互作用，使光的光學(xué)性質(zhì)（如強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏正態(tài)等）發(fā)生變化，成為調(diào)制光，再經(jīng)出射光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后獲得被測(cè)參數(shù)。
目前光纖傳感器已開始在船舶系統(tǒng)中安裝使用，經(jīng)受了大量工作考驗(yàn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果非常理想。光纖傳感器實(shí)物如圖2所示。應(yīng)用光纖傳感器的系統(tǒng)有機(jī)艙監(jiān)控、主機(jī)機(jī)械故障診斷、貨艙液位監(jiān)控、通風(fēng)加熱空調(diào)系統(tǒng)、破損控制系統(tǒng)等。比如利用光纖加速度計(jì)測(cè)量振動(dòng)，以評(píng)估軸承的平衡程度，進(jìn)而監(jiān)控旋轉(zhuǎn)機(jī)械如主機(jī)的工作狀況，以改進(jìn)維修計(jì)劃表，并對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)報(bào)警，使機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行化；將光纖溫度傳感器安裝在整個(gè)電力配電網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的溫度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，在出現(xiàn)溫度過高點(diǎn)時(shí)，及時(shí)采取措施，可有效防止電氣火災(zāi)。
光纖傳感器相對(duì)于普通船用傳感器有著諸多優(yōu)點(diǎn)。，光纖傳感器接收來(lái)自光源的信號(hào)，經(jīng)過修正以后得到所測(cè)的參量，然后通過輸出光纖傳送至相距較遠(yuǎn)的光探測(cè)器。整個(gè)測(cè)量和傳輸過程都無(wú)須電源和信號(hào)線，因此也不會(huì)受到電磁的干擾。并且光纖傳感器自身也不產(chǎn)生電磁干擾，因此光纖傳感器之間也不會(huì)產(chǎn)生交調(diào)失真。第二，由于光纖不會(huì)短路，本質(zhì)是安全的，所以可以工作在含有易燃易爆氣體的環(huán)境中，并且當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)和浸水事故時(shí)，仍能繼續(xù)工作。
第三，光纖傳感器具有多路傳輸能力，可以與光纖傳輸系統(tǒng)很好地兼容，大量光纖傳感器將數(shù)據(jù)通過多路傳送構(gòu)成一個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中控制和管理，使船舶系統(tǒng)中的傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化。以上光纖傳感器的諸多優(yōu)點(diǎn)使得其在船舶系統(tǒng)中的應(yīng)用更加可行和廣泛。
二、磁致伸縮位移傳感器
1842年科學(xué)家James Prescott Joule發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鐵磁體受到外磁場(chǎng)作用而磁化時(shí)，鐵磁體的體積、形狀將發(fā)生變化，特別是鐵磁體在磁場(chǎng)方向上的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化。這種磁效應(yīng)稱為磁致伸縮。磁致伸縮位移傳感器就是利用磁致伸縮原理進(jìn)行測(cè)量的新型位移傳感器，如圖3所示。利用兩個(gè)磁場(chǎng)，一個(gè)磁場(chǎng)來(lái)自活動(dòng)磁環(huán)中的永磁鐵，另一個(gè)來(lái)自傳感器電子倉(cāng)中的電子部件產(chǎn)生的激勵(lì)脈沖。激勵(lì)脈沖沿傳感器內(nèi)用磁致伸縮材料制造的波導(dǎo)管以聲速傳播。當(dāng)與磁環(huán)中的永磁場(chǎng)相交時(shí)，由于磁致伸縮現(xiàn)象，波導(dǎo)管即產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，并由之形成一個(gè)應(yīng)變脈沖。傳感器中的感應(yīng)電路隨即探測(cè)到應(yīng)變脈沖。從產(chǎn)生激勵(lì)脈沖的一刻到應(yīng)變脈沖被探測(cè)到總時(shí)間乘以固定的聲速，便能準(zhǔn)確地計(jì)算出磁鐵的位置變化。將外部活動(dòng)磁環(huán)與實(shí)際被檢測(cè)體安裝在一起，就是磁致伸縮位移傳感器了。
磁致伸縮位移傳感器的優(yōu)點(diǎn)：磁致伸縮位移傳感器的測(cè)量過程是連續(xù)不斷的，每當(dāng)磁環(huán)位置改變時(shí)，新的位置會(huì)迅速被測(cè)量出來(lái)，響應(yīng)時(shí)間快；由于輸出信號(hào)是位移值，而且不需要再放大處理，所以不存在信號(hào)漂移或變值的情況，即使電源中斷、重接，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，更不必像其他傳感器那樣需要定期重新標(biāo)定；磁致伸縮位移傳感器中作為確定位置的活動(dòng)磁環(huán)和敏感元件并無(wú)直接接觸，不存在摩擦和磨損，可應(yīng)用在極惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油漬、溶液、塵?；蚱渌廴镜挠绊?，大大地提高了檢測(cè)的可靠性和使用壽命。另外，磁致伸縮位移傳感器還具有高精度、高分辨率、高穩(wěn)定性、有效傳遞距離達(dá)1 km以上等優(yōu)點(diǎn)。
船舶上許多地方需要利用位移傳感器，比如燃油油位檢測(cè)、艙底污水水位檢測(cè)、鍋爐水位檢測(cè)以及特殊船舶如散裝化學(xué)品運(yùn)輸船的液艙液位遙測(cè)與溢流控制、油船的油位檢測(cè)與溢流控制等。另外船舶上諸多閥門也要進(jìn)行開啟行程監(jiān)測(cè)。目前，船舶上常用的傳統(tǒng)位移傳感器存在著測(cè)量精度低、重復(fù)性低、穩(wěn)定性差、數(shù)據(jù)傳輸衰減快等缺陷。隨著船舶自動(dòng)化程度的提高，對(duì)液位和閥門的檢測(cè)精度有著越來(lái)越高的要求，磁致伸縮位移傳感器在船舶上將有著非常廣泛的應(yīng)用前景。
三、智能傳感器
智能傳感器作為21世紀(jì)影響力和發(fā)展前景的，正引起國(guó)內(nèi)外電子信息界的高度重視，是一種發(fā)展前景十分廣闊的新型傳感器。所謂智能傳感器（intelligent sensor）就是一種帶微處理機(jī)的，兼有信息采集、信息檢測(cè)、信息處理、信息記憶、信息交換、邏輯思維與學(xué)習(xí)判斷功能的傳感器，其外形如圖5所示。它主要由基本傳感器、微處理器和相關(guān)電路組成。其最主要特征是將傳感器的信息檢測(cè)功能與微處理器的信息處理功能有機(jī)地融合在一起，具有一定的人工智能作用。
智能傳感器的主要特點(diǎn)有：
（1）具有自校零、自標(biāo)定、自校正功能；
（2）具有自動(dòng)補(bǔ)償功能；
（3）能夠自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
（4）能夠自動(dòng)進(jìn)行檢驗(yàn)、自選量程、自尋故障；
（5）具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能；
（6）具有雙向通信、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出或者符號(hào)輸出功能；
（7）具有判斷、決策處理功能。
智能傳感器可以在船舶系統(tǒng)中用于流量、壓力、加速度、振動(dòng)沖擊和溫濕度的測(cè)量。相比傳統(tǒng)傳感器，通過計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，智能傳感器可實(shí)現(xiàn)信息采集的高精度、高穩(wěn)定性及可靠性、高分辨率以及較好的適應(yīng)性和非常高的性價(jià)比，并且通過系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)處理器可以使傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間進(jìn)行良好的數(shù)據(jù)交換和共享，從而實(shí)現(xiàn)多傳感器的信息融合。
四、結(jié)語(yǔ)
隨著船舶產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和船舶自動(dòng)化程度的提高，各種功能全、性能好、質(zhì)量可靠、準(zhǔn)確性高、測(cè)量范圍廣的新型傳感器將不斷地應(yīng)用在船舶系統(tǒng)中，為龐大的日趨復(fù)雜的船舶系統(tǒng)提供更加及時(shí)可靠的監(jiān)測(cè)信息，并結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)大大提高船舶的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
會(huì)員1.png)