上海嘉慧光電子技術有限公司 劉富成

光電技術在指示儀表自動化測量中的運用

上海嘉慧光電子技術有限公司 劉富成

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

【關鍵詞】光電技術；指示儀表；自動化測量；運用分析

1 引言

隨著我國科學技術的不斷發(fā)展，電子計算機技術和光電技術也得到了快速的發(fā)展，給我國工業(yè)生產(chǎn)自動化的實現(xiàn)奠定了堅實的基礎，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，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)成本和預算控制更加準確和精細，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)展提供了技術保障。雖然我國光電技術在指示儀表自動化測量中的運用已經(jīng)取得了很大的成果，但是由于我國光電技術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。使得光電技術在指示儀表自動化測量中的運用不能在全企業(yè)各個部門中順利的展開，所以還需要相關人士對光電技術在指示儀表自動化測量中的運用進行不斷的研究和開發(fā)，從而保證光電技術在指示儀表自動化測量中的運用保證我國工藝企業(yè)健康平穩(wěn)的發(fā)展。

2 光電技術在指示儀表自動化測量中實現(xiàn)的方法和原理

要想在工藝生產(chǎn)中實現(xiàn)指示儀表自動化測量首先要通過高科技技術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，通過半導體器件，把光學影像轉換為數(shù)字信號組成的自動化檢測系統(tǒng)。隨著我國科技的進步，CCD圖像傳感器越來越完善，能夠完成很好的實現(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圖像傳感器及光學成像系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)及打印機、可遠程三相交流標準源。通過這樣的方法，光電技術在指示儀表自動化測量中，通過檢測的方法，能科學合理的選擇出被測量的參數(shù)，使測量的數(shù)值更加準確，除此之外還有放大測量的方法，能把被測量的參數(shù)顯示在對應的指示儀表中并且對這些數(shù)值進行記錄。在我國目前的光電技術指示儀表自動化測量中把電路傳來的光信號轉換成電信號，通過信號調(diào)節(jié)器把轉換的信號恢復成要測量的電信號。雖然我國目前光電技術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)達國家相比還存在很大差距，尤其是缺乏相關的技術人員，所以還需要不懈努力，才能提高我國光電技術在知識儀表中自動化測量的技術。

2.1 高分辨率CCD和光學成像系統(tǒng)的原理

高分辨率CCD個光學成像系統(tǒng)的原理圖如圖2所示：

圖2 高分辨率CCD和光學成像系統(tǒng)原理圖

從圖2中不難看出遠心光學系統(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)中進行轉換，然后計算機對這些數(shù)據(jù)和圖像進行識別，就組成了高分辨率CCD和光學成像系統(tǒng)的原理［1］。

2.2 計算機控制系統(tǒng)

在光電技術在指示儀表自動化測量中計算機控制系統(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)完計算機控制系統(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語言操作其實就是通過計算機控制系統(tǒng)向標準源發(fā)出命令使得指示儀表中的電流變化，達到指示以便的刻度，然后再通過計算機讀取相關的數(shù)值，通過把讀取的數(shù)值和標準值進行比較，減小數(shù)據(jù)識別中存在的誤差，最好把測量的結果存儲在計算機硬件當中，通過打印機大意出測量結構就完成一次測量。

圖像處理數(shù)字處理軟件：

在使用計算機處圖像和數(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算子技術提取準確的數(shù)值，然后通過最小二乘法提高數(shù)字的精確度，通過計算機控制系統(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 三相交流標準源

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

圖3 三相交流標準源

從圖3中可以清楚的看到，三相交流標準源主要由三部分組成，即高精度數(shù)字合成三項信號源、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)字合成三項信號源由波形存儲器和轉化器組成，在目前高精度數(shù)字合成三項信號源中采用脈沖調(diào)寬技術；帶有前饋控制的電壓，電流放大器把交流基準信號的功率進行放大，保證三相交流標準源能帶動二十萬負載。通過采用前饋控制技術，無論三相交流標準源中負載怎樣變化，使得放大器中輸入和輸出的信號都能保持一致，為三相交流標準源提供良好的運行環(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準源能實現(xiàn)標準源的時間響應以及相位精度控制方面和三相交流標準源進行對比，分析出具體數(shù)值，適合光電技術在指示儀表自動化測量中的應用。

3 光電技術在指示儀表自動化測量中的運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結合使用才能完成，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)射點形式主要有三種即：通過高壓母線進行供電、把低壓電能轉換成光能通過光纖輸送到供電系統(tǒng)、通過高壓電池進行供電。在實際的測量過程中，經(jīng)常發(fā)生因為高壓母線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，嚴重影響測量的結果。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)使用光電技術在指示儀表自動化測量中要在高壓母線端口設置變壓器，從而調(diào)節(jié)經(jīng)過的電力使得光電技術能進行準確的測量。把低壓電能轉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化效率的影響，所以在使用這項供電時，要采取先關的技術保護。比如通過增加光纜線路來提高光電轉化的效率。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換站，提升供電的穩(wěn)定性，比如：增加水利發(fā)電站、風力發(fā)電站、太陽能發(fā)電廠等等以此來提高供電的穩(wěn)定性，保證光電技術在指示儀表自動化測量結果的準確性和可靠性［2］。

3.2 傳輸過程匯總的干擾問題

雖然光電技術在指示儀表自動化測量比傳統(tǒng)的測量有很強的抗干擾能力，但是由于光電技術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，這三個關鍵具有很強的不穩(wěn)定性，所以在測量過程中很容易出現(xiàn)問題，從而影響光電技術在指示儀表自動化測量的準確性和精確度。這就要要是測量過程中通過科技的手段保護外界環(huán)境，為光電技術在指示儀表自動化測量營造一個良好的環(huán)境。

4 光電技術在指示儀表自動化測量應用過程中的相關案例分析

4.1 光電自動檢測技術在防火材料和保溫隔熱層中的運用

工業(yè)生產(chǎn)過程中需要對高溫設備進行很好的防火和保溫隔熱。這就對高溫設備有很高的要求，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，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就能對保溫設備的防火材料和保溫隔熱進行嚴格的檢查，并且通過計算機軟件能清楚掌握高溫設備內(nèi)部的一些情況，方便技術維護的修理，從而提高高溫設備的使用效率和使用壽命［3］。

4.2 光電自動檢測技術在機械設備中的應用

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

4.3 其他檢測

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

5 結束語

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

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

參考文獻

［1］趙宏澤.自動化儀表測量中的光電技術及其應用［J］.科技創(chuàng)新與應用，2014，27∶127.

［2］董莉梅.淺談自動化儀表測量中光電技術的應用［J］.四川水泥，2014，09∶168.

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

［4］韋貴兵.光電技術在自動化儀表測量中應用的價值分析［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有限公司，研究方向：光通訊檢測儀表。