關于光電技術在自動化測量檢測中的應用分析探究

李曉春 王文博

【摘要】隨著微電子與計算機技術的發展，各種測量檢測儀器和技術也取得長足的進步，陸續誕生很多高智能、高科技的測量儀器。本文主要對光電技術在自動化儀表測量檢測中的應用進行探究。

【關鍵詞】光電技術；自動化測量；檢測

在科學技術的高速發展中，工業自動化水平得到極大的提升，促進了自動化控制技術在生產科研中的廣泛應用。當前很多儀器都具備較高的智能化水平，但仍只能以計算機為媒介完成一些基本的數據打印和處理工作，尚未實現實質上的自動化測量，很多測量工作依然需要人工來實現。以一些電參數（包括電壓、電流、功率、相位等）的測量為例，通常采用電壓表、電流表、功率表、相位表等指針式儀表進行測量，雖然當前很多儀器都具備較高的智能化水平，但仍只能以計算機為媒介完成一些基本的數據打印和處理工作，尚未實現實質上的自動化測量，很多測量工作依然需要人工來實現。例如測試點需要通過人眼瞄準定位，手動操作儀器，使得工作效率不高，不必要的工作強度也較大，且容易產生許多人為誤差。因此，儀表自動化測量是亟待解決的問題，通過自動化測量可大大減少測量工作周期，提高工作效率，降低工作量并減少各種人為誤差。

1光電技術在自動化測量檢測中應用的基本原理

由于各行業生產加工參數種類的繁多和差異性，各種測量儀器的工作原理和結構也不盡相同。但大體上可從其組成結構分為三個部分，即檢測環節、傳送放大環節和顯示環節。檢測環節能夠將被測量參數進行科學合理的轉換，使其適合進一步測量，接著通過傳送放大環節的作用，被測參數信號最終在顯示環節實現儀表指示與記錄。由此可見，各類測量儀器在應用中的原理具有共性之處，即被測參數會經過1或多次信號的轉換，最后在顯示環節中通過儀表盤的刻度、指針位移或數字等形式得到顯示。而在該過程的進行中最有幫助的工具就是各類測量檢測儀器。當前我國自動化儀器行業與自動化測量水平的發展均遠遠落后國外發達國家，且相應的專業技術人才匱乏，儀器智能化還有很長一段路要走。本文將結合光電技術探討其在自動化測量檢測中的應用。

2光電技術在自動化測量檢測中的應用

要實現電參數測量的自動化，首要任務就是急需研制出一套可實現人眼功能的儀器來代替人眼的測量工作，且該儀器的重復精度、瞄準精度等必須達到較高水平。由于目前大多數標準測量儀器一般都設置有同上位微機連接通訊的相應端口，因此在硬件方面要促成自動化測量系統的實現，難度是不大的。伴隨CCD器件的質量在逐年提升，可將CCD作為一個人眼仿真系統，完全可以實現電參數全自動化測量功能。全套測量系統的結構主要分為三個部分，詳見圖1。

2.1 高分辨率CCD與光電技術成像系統

被測信息通過遠心光學系統從表盤和指針入射到CCD表面，再借助驅動器將載有表盤與指針信息的視頻信號傳送至數模數據采集系統進行數模轉換，上述全過程構成了光學成像系統。在存儲器當中存有矩陣形式數據，有助于計算機識別。敏單元尺寸大小通常采用10m×10m，用1024×1024像元數作為面陣CCD的尺寸。通過同軸照明方式自動調節光源的亮度。數模信號采集系統則是采用16位數模數據采集卡，該采集結果的最大非線性誤差可控制在0.006FSR內，在轉換時間上則不超過17ms。

2.2 微機控制技術

目前計算機控制技術系統軟件主要包括兩大方面，一方面是基于VC語言的微機平臺，結合數據庫系統構成成微機控制系統軟件；另一方面是圖像數字處理軟件。

第一方面，其主要控制方式是通過計算機設置被測量指針表的測試點，例如對于5A從20%～100%每隔20%設置1個測試點，共5個測試點，相當于對應1、2、3、4、5A等5個點，接著標準源收到計算機指令，電流逐漸平滑升高，當表盤20%刻度所在位置與指針重合時，標準源再次收到指令，計算機則讀取數值，并與1A比較，得出誤差，儲存測量結果。當5個測試點均完成后打印測試證書。

第二方面，通過運用圖像數字處理軟件，能夠對表盤刻度和指針信號達到很好的識別效果。在表盤刻度和指針信號噪聲的降噪處理中，多采用高斯濾波和中值濾波技術；也可采用CANNY算子降低噪聲干擾，使得測量數據更為精準；此外，還可運用最小二乘法進行圖像擬合工作，可提升擬合精度。通過上述圖像數字處理，計算機對刻度與指針的識別精度相比人眼識別精度將提升5倍左右。

2.3三相交流標準源

三相交流標準源除了能夠提供標準的電壓、電流、功率、頻率和相位等多種信號，還能夠承受大于20W的負載。三相交流標準源具備高精度數字合成優勢，它是由數模轉換器和波形存儲器組成的，在調幅方面運用了脈沖調寬技術直流基準源，在調頻方面運用了脈沖移相技術，在調相方面則是運用鎖相環技術。以往常用的電流和電壓放大器僅能承受不超過20W的負載，通過運用前饋控制技術進行無差調節，跟蹤信號基準將不受負載變化的影響，并能達到放大器輸入與輸出信號的一致性。矢量采樣技術作為一種全信息采樣技術具備諸多優勢，尤其是它在時間和精度的控制方面比標準源的有效值和計算時反饋有著顯著的優勢，能很好地提供信號中的相位、諧波和幅值等各種信息。隨著矢量采樣技術優越性得到重視，該技術也逐漸成為自動化測量檢測的最有利選擇。

3 結論

光電技術在電參數自動化測量檢測中的應用時間已經有將近20年歷史，隨著科技的不斷發展，在測量檢測中以點測量為主的自動化儀表也在逐漸改善，更高的光電技術水平將進一步推動自動化儀表測量檢測在實踐中的應用，進一步完善電能參數的測量檢測途徑。雖然，當前電能參數的測量檢測中常用的電能表并未完全達到自動化測量的標準，但儀表測量檢測的全自動化必定是將來的發展趨勢。本文旨在通過光電技術在測量檢測中的應用分析，為測量檢測工作邁向自動化發展提供一些思路。

參考文獻：

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