光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的運(yùn)用

上海嘉慧光電子技術(shù)有限公司 劉富成

光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的運(yùn)用

上海嘉慧光電子技術(shù)有限公司 劉富成

【摘要】隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的的發(fā)展，生產(chǎn)力水平也在不斷的提高，隨著我國計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用與各個領(lǐng)域當(dāng)中，為我國的社會生產(chǎn)提供重要的技術(shù)依據(jù)。而光電技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的主要組成部分，對我國的工藝生產(chǎn)和現(xiàn)代化進(jìn)程有很大的影響，本文通過對觀點(diǎn)技術(shù)在指示儀表自動化測量中應(yīng)用的原理分析，對光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的運(yùn)用方式做了深入的研究，希望對觀點(diǎn)技術(shù)在指示儀表自動化測量中的運(yùn)用有一定的幫助。

【關(guān)鍵詞】光電技術(shù)；指示儀表；自動化測量；運(yùn)用分析

1 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，給我國工業(yè)生產(chǎn)自動化的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，目前為止我國很多的工業(yè)企業(yè)都安裝了自動化測量技術(shù)，隨著指示儀表自動化測量在我國工業(yè)企業(yè)中普遍的使用，使得工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)成本和預(yù)算控制更加準(zhǔn)確和精細(xì)，大大減少人為測量的誤差和勞動力。為我國工業(yè)企業(yè)的長效發(fā)展提供了技術(shù)保障。雖然我國光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的運(yùn)用已經(jīng)取得了很大的成果，但是由于我國光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中起步比較晚，在測量過程中要存在很大局限性。使得光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的運(yùn)用不能在全企業(yè)各個部門中順利的展開，所以還需要相關(guān)人士對光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的運(yùn)用進(jìn)行不斷的研究和開發(fā)，從而保證光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的運(yùn)用保證我國工藝企業(yè)健康平穩(wěn)的發(fā)展。

2 光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中實(shí)現(xiàn)的方法和原理

要想在工藝生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)指示儀表自動化測量首先要通過高科技技術(shù)開出一套能代替人眼測量的高精度仿真系統(tǒng)。目前在測量過程中普遍采用電荷耦合元件，統(tǒng)稱為CCD圖像傳感器，通過半導(dǎo)體器件，把光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號組成的自動化檢測系統(tǒng)。隨著我國科技的進(jìn)步，CCD圖像傳感器越來越完善，能夠完成很好的實(shí)現(xiàn)指示儀表自動化測量。CCD圖像傳感器自動測量的原理圖如圖1所示：

圖1 CCD圖像傳感器實(shí)現(xiàn)指示儀表自動化測量原理框圖

從圖1中可以清楚的看到CCD圖像傳感器實(shí)現(xiàn)指示儀表自動化測量系統(tǒng)主要由三個部分組成即：CCD圖像傳感器及光學(xué)成像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及打印機(jī)、可遠(yuǎn)程三相交流標(biāo)準(zhǔn)源。通過這樣的方法，光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中，通過檢測的方法，能科學(xué)合理的選擇出被測量的參數(shù)，使測量的數(shù)值更加準(zhǔn)確，除此之外還有放大測量的方法，能把被測量的參數(shù)顯示在對應(yīng)的指示儀表中并且對這些數(shù)值進(jìn)行記錄。在我國目前的光電技術(shù)指示儀表自動化測量中把電路傳來的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過信號調(diào)節(jié)器把轉(zhuǎn)換的信號恢復(fù)成要測量的電信號。雖然我國目前光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中取來很大成果，但是和歐美等發(fā)達(dá)國家相比還存在很大差距，尤其是缺乏相關(guān)的技術(shù)人員，所以還需要不懈努力，才能提高我國光電技術(shù)在知識儀表中自動化測量的技術(shù)。

2.1 高分辨率CCD和光學(xué)成像系統(tǒng)的原理

高分辨率CCD個光學(xué)成像系統(tǒng)的原理圖如圖2所示：

圖2 高分辨率CCD和光學(xué)成像系統(tǒng)原理圖

從圖2中不難看出遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)把測量的儀器表中需要測量的數(shù)據(jù)輸入到CCD圖像傳感器中，通過CCD圖像傳感器把需要數(shù)據(jù)和圖像傳輸給A/D數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后計(jì)算機(jī)對這些數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行識別，就組成了高分辨率CCD和光學(xué)成像系統(tǒng)的原理［1］。

2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

在光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要可以分成兩部分，一是通過VC語言操作平臺通過整數(shù)據(jù)完計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；二是通過圖像數(shù)字處理軟件提高測量的精確度。

VC語言操作平臺控制過程如下：

VC語言操作其實(shí)就是通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)向標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)出命令使得指示儀表中的電流變化，達(dá)到指示以便的刻度，然后再通過計(jì)算機(jī)讀取相關(guān)的數(shù)值，通過把讀取的數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，減小數(shù)據(jù)識別中存在的誤差，最好把測量的結(jié)果存儲在計(jì)算機(jī)硬件當(dāng)中，通過打印機(jī)大意出測量結(jié)構(gòu)就完成一次測量。

圖像處理數(shù)字處理軟件：

在使用計(jì)算機(jī)處圖像和數(shù)字的過程中，首先要對通過高斯濾波和中值濾波去掉干擾信號的噪聲，通過CANNY算子技術(shù)提取準(zhǔn)確的數(shù)值，然后通過最小二乘法提高數(shù)字的精確度，通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)和圖像其精確超過人類眼睛測量的5倍以上。

2.3 三相交流標(biāo)準(zhǔn)源

這一部分可以通過企業(yè)自己研制，比如：LD三相交流標(biāo)準(zhǔn)源、LJ三相交流標(biāo)準(zhǔn)源。在光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中對三相交流標(biāo)準(zhǔn)源的應(yīng)用比較相對來講技術(shù)性比較低。只要三相交流標(biāo)準(zhǔn)源能控制相應(yīng)的電壓、電流、電阻、頻率并且能帶動20萬以上的負(fù)載就可以了其相關(guān)的原理圖如圖3所示：

圖3 三相交流標(biāo)準(zhǔn)源

從圖3中可以清楚的看到，三相交流標(biāo)準(zhǔn)源主要由三部分組成，即高精度數(shù)字合成三項(xiàng)信號源、帶有前饋控制的電壓，電流放大器、矢量采用。其中高精度數(shù)字合成三項(xiàng)信號源由波形存儲器和轉(zhuǎn)化器組成，在目前高精度數(shù)字合成三項(xiàng)信號源中采用脈沖調(diào)寬技術(shù)；帶有前饋控制的電壓，電流放大器把交流基準(zhǔn)信號的功率進(jìn)行放大，保證三相交流標(biāo)準(zhǔn)源能帶動二十萬負(fù)載。通過采用前饋控制技術(shù)，無論三相交流標(biāo)準(zhǔn)源中負(fù)載怎樣變化，使得放大器中輸入和輸出的信號都能保持一致，為三相交流標(biāo)準(zhǔn)源提供良好的運(yùn)行環(huán)境；矢量采用是我國最新新發(fā)明的全信息取樣，包括增幅的信息、相位信息、諧波信息。這些信息通過矢量采樣能全部都反饋到控制系統(tǒng)中。通過使用三相交流標(biāo)準(zhǔn)源能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)源的時間響應(yīng)以及相位精度控制方面和三相交流標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行對比，分析出具體數(shù)值，適合光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的應(yīng)用。

3 光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的運(yùn)用存在的問題以及解決措施

3.1 發(fā)射電路中供電問題以及解決措施

完成一次指示儀表自動化測量需要多種光電技術(shù)結(jié)合使用才能完成，這就對工藝企業(yè)發(fā)射電路中的電壓是否穩(wěn)定有很高的要求，目前我國在光電系統(tǒng)中采用的發(fā)射點(diǎn)形式主要有三種即：通過高壓母線進(jìn)行供電、把低壓電能轉(zhuǎn)換成光能通過光纖輸送到供電系統(tǒng)、通過高壓電池進(jìn)行供電。在實(shí)際的測量過程中，經(jīng)常發(fā)生因?yàn)楦邏耗妇€供電電流在用電高峰期時電流過小，使得在測量過程中無法得到正常的供電電壓，嚴(yán)重影響測量的結(jié)果。如果高壓母線中的電壓過大就會造成電路損壞，所以在工業(yè)企業(yè)使用光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中要在高壓母線端口設(shè)置變壓器，從而調(diào)節(jié)經(jīng)過的電力使得光電技術(shù)能進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。把低壓電能轉(zhuǎn)換成光能通過光纖使用電力的過程中，雖然能提供穩(wěn)定的電壓，但是卻容易受到光電轉(zhuǎn)化效率的影響，所以在使用這項(xiàng)供電時，要采取先關(guān)的技術(shù)保護(hù)。比如通過增加光纜線路來提高光電轉(zhuǎn)化的效率。在使用高壓電池輸電的過程中，電量會隨著使用時間的長度逐漸減少，這對測量過程提供很多不便。面對這樣的問題可以向國家申請幫助，在工廠附近修建新能源轉(zhuǎn)換站，提升供電的穩(wěn)定性，比如：增加水利發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電站、太陽能發(fā)電廠等等以此來提高供電的穩(wěn)定性，保證光電技術(shù)在指示儀表自動化測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性［2］。

3.2 傳輸過程匯總的干擾問題

雖然光電技術(shù)在指示儀表自動化測量比傳統(tǒng)的測量有很強(qiáng)的抗干擾能力，但是由于光電技術(shù)在使用過程中很容易受到發(fā)射電路、接受電路、光線的影響，這三個關(guān)鍵具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性，所以在測量過程中很容易出現(xiàn)問題，從而影響光電技術(shù)在指示儀表自動化測量的準(zhǔn)確性和精確度。這就要要是測量過程中通過科技的手段保護(hù)外界環(huán)境，為光電技術(shù)在指示儀表自動化測量營造一個良好的環(huán)境。

4 光電技術(shù)在指示儀表自動化測量應(yīng)用過程中的相關(guān)案例分析

4.1 光電自動檢測技術(shù)在防火材料和保溫隔熱層中的運(yùn)用

工業(yè)生產(chǎn)過程中需要對高溫設(shè)備進(jìn)行很好的防火和保溫隔熱。這就對高溫設(shè)備有很高的要求，首先需要在防火層加入防火材料，以及在管路的內(nèi)壁加入保溫隔熱材料。如果高溫設(shè)備在使用過程中發(fā)生剝落現(xiàn)象，就會使得保溫效果大幅度下降。從而造成能源的浪費(fèi)，增加工藝企業(yè)生產(chǎn)成本的投入。在這一過程中通過采用光電檢測技術(shù)就能對保溫設(shè)備的防火材料和保溫隔熱進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，并且通過計(jì)算機(jī)軟件能清楚掌握高溫設(shè)備內(nèi)部的一些情況，方便技術(shù)維護(hù)的修理，從而提高高溫設(shè)備的使用效率和使用壽命［3］。

4.2 光電自動檢測技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

在工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中很產(chǎn)生很大的摩擦熱，就會對設(shè)備旋轉(zhuǎn)接觸部位造成很嚴(yán)重的磨損。這是因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備發(fā)生摩擦的主要原因是設(shè)備旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生軸心偏移，再加上潤滑效果不好，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備各個零部件之間發(fā)生型號規(guī)格不匹配現(xiàn)象。這就會使得機(jī)械設(shè)備使用效率低下，無法按時完成工作量，通過光電自動檢測技術(shù)能及時掌握設(shè)備旋轉(zhuǎn)部位的溫度，把設(shè)備的溫度控制在一定的范圍之內(nèi)，防止設(shè)備溫度過高造成設(shè)備損壞。光電檢測技術(shù)適用的機(jī)械設(shè)備包括：傳代齒輪、設(shè)備連接部位、電機(jī)、以及水泵中。

4.3 其他檢測

光電自動檢測技術(shù)能適用于很多方面，除了在防火材料和保溫隔熱層中的運(yùn)用和機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用還能廣泛應(yīng)用在家電設(shè)備、數(shù)碼產(chǎn)品中，以及電話、麥克風(fēng)等把聲信號轉(zhuǎn)變成電信號在轉(zhuǎn)變成聲信號，生活中經(jīng)常使用的電視、空調(diào)、遙控器能應(yīng)用紅外線檢查功能。除此之外還能應(yīng)用在辦公個醫(yī)療當(dāng)中，通過光電自動檢測技術(shù)能對文檔進(jìn)行線陣排列。在醫(yī)院使用的數(shù)字體溫計(jì)中，使用熱敏電阻和光電傳感技術(shù)能對提問進(jìn)行準(zhǔn)確的測量［4］。

5 結(jié)束語

綜上所述，光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中已經(jīng)成功運(yùn)行了十多年的時間，對我國工業(yè)企業(yè)的發(fā)展起到了重要作用，已經(jīng)成為測量技術(shù)中的一種模式，但是由于我國光電技術(shù)在指示儀表自動化測量起步比較晚，目前還沒有真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的測量。但是隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過相關(guān)人士多年的努力一定可以克服光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的問題，為我國實(shí)現(xiàn)自動化、信息化、數(shù)字化的發(fā)展模式，奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本文通過分析光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中實(shí)現(xiàn)的方法和原理、光電技術(shù)在指示儀表自動化測量中的運(yùn)用存在的問題以及解決措施、光電技術(shù)在指示儀表自動化測量應(yīng)用過程中的相關(guān)案例分析對光電技術(shù)在指示儀表自動化測量的應(yīng)用做了深入的分析，希望多我國工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中使用光電技術(shù)在指示儀表自動化測量提供一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

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［3］劉晶.自動化儀表測量中光電技術(shù)及其運(yùn)用［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016，01∶247.

［4］韋貴兵.光電技術(shù)在自動化儀表測量中應(yīng)用的價值分析［J］.電子世界，2014，18∶140.

作者簡介：

劉富成（1975—），男，吉林九臺人，工程師（電氣工程及自動化），現(xiàn)供職于上海嘉慧光電子技術(shù)有限公司，研究方向：光通訊檢測儀表。