自動(dòng)化儀表測(cè)量中光電技術(shù)及其運(yùn)用

摘要：在經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展環(huán)境下，我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)要大力推廣應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，不斷提高工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平。通過(guò)不斷加強(qiáng)自動(dòng)化測(cè)量?jī)x器和技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，能夠有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化生產(chǎn)，大大提高工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，為企業(yè)創(chuàng)造出更多的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。然而，由于受到自身?xiàng)l件的限制，要想實(shí)現(xiàn)測(cè)量工作的全自動(dòng)化，還必須將先進(jìn)的光電技術(shù)應(yīng)用在自動(dòng)化儀表測(cè)量工作中，這樣能夠減少測(cè)量人員的工作任務(wù)量，縮短測(cè)量工作時(shí)間，從而全面提升整體測(cè)量工作效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；儀表測(cè)量；光電技術(shù)；運(yùn)用

1自動(dòng)化儀表測(cè)量及光電技術(shù)的相關(guān)原理

1.1自動(dòng)化儀表的工作原理

自動(dòng)化儀表被廣泛應(yīng)用于電力、化工、醫(yī)藥、生態(tài)環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域，雖然其具體的結(jié)構(gòu)組成和實(shí)現(xiàn)功能存在較大差異，但是其工作原理大體一致。自動(dòng)化儀表作為一種監(jiān)測(cè)、觀察、計(jì)算物理變量的設(shè)備，核心結(jié)構(gòu)包括傳感器、變送器、顯示器以及中央處理器等。其具體的工作流程為：首先，前端傳感器對(duì)環(huán)境信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，收集相關(guān)的被測(cè)信號(hào)，并將信號(hào)傳遞到變送器中；其次，變送器對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步加工，將信號(hào)進(jìn)行放大后傳送到中央處理器；中央處理器根據(jù)內(nèi)部程序設(shè)定，對(duì)信號(hào)進(jìn)行加工、整理，最后在顯示器上以直觀形式輸出。設(shè)備管理人員可以根據(jù)顯示器上的內(nèi)容，及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況，并利用儀表控制界面發(fā)送控制指令，形成閉環(huán)控制。

1.2光電技術(shù)的工作原理

微機(jī)控制和交流標(biāo)準(zhǔn)源控制是光電技術(shù)的重要組成部分，對(duì)于實(shí)現(xiàn)計(jì)量?jī)x表的自動(dòng)化和智能化控制起到了至關(guān)重要的作用。目前來(lái)說(shuō)，光電技術(shù)中的微機(jī)控制大多以單片機(jī)為主，借助于C語(yǔ)言進(jìn)行編程控制。同時(shí)，結(jié)合三相交流標(biāo)準(zhǔn)源，對(duì)儀表內(nèi)部電壓信號(hào)、頻率信號(hào)和功率信號(hào)進(jìn)行同步檢測(cè)，提高了測(cè)量結(jié)果的精確度。其具體的工作原理為：首先，單片機(jī)對(duì)儀表指針和指示數(shù)值進(jìn)行對(duì)應(yīng)處理，并將數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中；隨后，單片機(jī)調(diào)用程序指令，利用中值播率處理噪聲信號(hào)，并將處理結(jié)果與數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比；最后，將對(duì)比結(jié)果進(jìn)行擬合加工，并通過(guò)聲像處理，將處理結(jié)果輸送到顯示器，在儀表終端進(jìn)行現(xiàn)實(shí)。

2光電技術(shù)在自動(dòng)化儀表測(cè)量中的實(shí)踐應(yīng)用

在日常自動(dòng)化檢測(cè)工作中，相關(guān)技術(shù)人員首先必須研發(fā)出能夠替代人類眼睛，具備人眼功能的自動(dòng)化測(cè)量?jī)x器，然后運(yùn)用該儀器完成對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的科學(xué)測(cè)量，這種具備人眼功能的自動(dòng)化測(cè)量?jī)x器往往對(duì)瞄準(zhǔn)度以及自動(dòng)化性能要求較高。在當(dāng)前自動(dòng)化測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)測(cè)量基礎(chǔ)自動(dòng)化的難度并不是很大。通過(guò)把CDD器件當(dāng)成一個(gè)人眼仿真技術(shù)，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上展開(kāi)對(duì)仿真技術(shù)的深入研究，就能夠推動(dòng)我國(guó)電參數(shù)測(cè)量技術(shù)的全自動(dòng)化發(fā)展，為人類社會(huì)帶來(lái)更多的便利。

2.1光電技術(shù)成像系統(tǒng)

通過(guò)將光電技術(shù)應(yīng)用在自動(dòng)化儀表測(cè)量工作中，能夠充分發(fā)揮出成像系統(tǒng)的作用。光電技術(shù)成像系統(tǒng)基本原理是通過(guò)使用遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，有效把被測(cè)儀表上的表盤及指針系圖像信息顯示在CCD表面上，在驅(qū)動(dòng)器的輔助下，面陣CCD能夠把攜帶表盤及指針信息的視頻信號(hào)有效傳送給A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，然后在該系統(tǒng)運(yùn)行下完成模數(shù)轉(zhuǎn)換工作。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)會(huì)以矩陣形式儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器當(dāng)中。通常情況下，光電技術(shù)成像系統(tǒng)的敏單元尺寸為10m×10m，面陣CDD規(guī)定為1024像元×1024像元。光學(xué)呈現(xiàn)系統(tǒng)通過(guò)同軸照明方式自動(dòng)調(diào)節(jié)光源的亮度，為了避免數(shù)據(jù)采集過(guò)程中出現(xiàn)非線性誤差、提高數(shù)據(jù)的采集效率，在A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中普遍采用面向CI總線的16位A/D數(shù)據(jù)采集卡。

2.2軟件控制系統(tǒng)

軟件控制系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分，分別是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件和數(shù)字圖像處理軟件。其中前者的控制方式是通過(guò)利用計(jì)算機(jī)科學(xué)設(shè)置指針表測(cè)試點(diǎn)，通常情況下工作人員會(huì)將指針表測(cè)試點(diǎn)設(shè)置成5個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)會(huì)一一對(duì)應(yīng)5安倍的點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能的輔助下，每個(gè)點(diǎn)都會(huì)成功發(fā)射出信號(hào)，經(jīng)過(guò)電流的運(yùn)動(dòng)，直到指針與表盤20%處的刻度線完全重疊，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就會(huì)向標(biāo)準(zhǔn)源及時(shí)發(fā)出指令，接收到相關(guān)指令信號(hào)后計(jì)算機(jī)會(huì)成功讀取標(biāo)準(zhǔn)源的顯示值，并將顯示值數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)。當(dāng)控制系統(tǒng)有效完成對(duì)每個(gè)測(cè)試點(diǎn)測(cè)量結(jié)果與誤差計(jì)算分析后，就能夠最終打印出相關(guān)測(cè)試證書。數(shù)字圖像處理軟件的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于其能夠精確識(shí)別表盤刻線和指針信號(hào)，提升了準(zhǔn)確率。數(shù)字圖像處理技術(shù)的工作原理是通過(guò)先處理系統(tǒng)軟件的指針信號(hào)及對(duì)應(yīng)的表盤刻度信號(hào)，信號(hào)噪聲會(huì)在高斯濾波和中值濾波中被完全去除，當(dāng)然能夠通過(guò)使用CANNY算子，降低信號(hào)噪聲的干擾，最大化保障測(cè)量結(jié)果的精確可靠性。

2.3交流標(biāo)準(zhǔn)源控制系統(tǒng)

通過(guò)在自動(dòng)化測(cè)量?jī)x表中融入三相交流標(biāo)準(zhǔn)源，能夠促使儀表獲取顯示更多的參數(shù)信號(hào)，完善測(cè)量?jī)x表的功能作用，同時(shí)還可以有效帶動(dòng)超出20W的負(fù)載。三相交流標(biāo)準(zhǔn)源數(shù)字合成技術(shù)具備較高的精密性，能夠結(jié)合運(yùn)用鎖相環(huán)技術(shù)和脈沖移相技術(shù)設(shè)計(jì)頻率綜合器及移相器完成調(diào)頻和調(diào)相作業(yè)。在測(cè)量?jī)x器中利用傳統(tǒng)的電壓電流放大器，一般情況下只能承受20W的負(fù)載，而如果采用的是前饋控制技術(shù)，能夠避免負(fù)載變化對(duì)跟蹤信號(hào)基準(zhǔn)造成影響，這樣一來(lái)就能夠保證放大器所輸出與輸入信號(hào)是相同的。在自動(dòng)化儀表測(cè)量中，矢量采樣技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠獲取到信號(hào)中的幅值信息，還可以為相關(guān)工作人員提供各項(xiàng)相位及諧波等信息，這些信息在矢量采樣處理后，均能夠及時(shí)傳送到控制回路中。

結(jié)論

光電技術(shù)的發(fā)展為自動(dòng)化儀表測(cè)量精度的提升起到了巨大的幫助作用，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們生產(chǎn)需求的提升，光電技術(shù)也必要與時(shí)俱進(jìn)的進(jìn)行更新，并且加大對(duì)新型電氣元件的使用，為自動(dòng)化儀表測(cè)量工作的高效率開(kāi)展提供硬件支持。針對(duì)現(xiàn)階段自動(dòng)化儀表測(cè)量存在的問(wèn)題，要及時(shí)查清問(wèn)題成因，并采取有相應(yīng)的解決對(duì)策，確保測(cè)量功能的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉晶.自動(dòng)化儀表測(cè)量中光電技術(shù)及其運(yùn)用[J].數(shù)學(xué)技術(shù)與應(yīng)用，2016（8）：121-123.

[2]趙宏澤.自動(dòng)化儀表測(cè)量中的光電技術(shù)及其應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（3）：65-68.

[3]羅鵬.淺談光電技術(shù)在自動(dòng)化儀表測(cè)量中應(yīng)用的價(jià)值[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2015（4）：190-192.

作者簡(jiǎn)介：劉丹寧（1997.07.29-）、女、漢、學(xué)生、河南新鄉(xiāng)、研究方向：理論物理、身份證號(hào)：410711199707290529.