关于光电技术在自动化测量检测中的应用分析探究

李晓春 王文博

【摘要】隨着微电子与计算机技术的发展，各种测量检测仪器和技术也取得长足的进步，陆续诞生很多高智能、高科技的测量仪器。本文主要对光电技术在自动化仪表测量检测中的应用进行探究。

【关键词】光电技术；自动化测量；检测

在科学技术的高速发展中，工业自动化水平得到极大的提升，促进了自动化控制技术在生产科研中的广泛应用。当前很多仪器都具备较高的智能化水平，但仍只能以计算机为媒介完成一些基本的数据打印和处理工作，尚未实现实质上的自动化测量，很多测量工作依然需要人工来实现。以一些电参数（包括电压、电流、功率、相位等）的测量为例，通常采用电压表、电流表、功率表、相位表等指针式仪表进行测量，虽然当前很多仪器都具备较高的智能化水平，但仍只能以计算机为媒介完成一些基本的数据打印和处理工作，尚未实现实质上的自动化测量，很多测量工作依然需要人工来实现。例如测试点需要通过人眼瞄准定位，手动操作仪器，使得工作效率不高，不必要的工作强度也较大，且容易产生许多人为误差。因此，仪表自动化测量是亟待解决的问题，通过自动化测量可大大减少测量工作周期，提高工作效率，降低工作量并减少各种人为误差。

1光电技术在自动化测量检测中应用的基本原理

由于各行业生产加工参数种类的繁多和差异性，各种测量仪器的工作原理和结构也不尽相同。但大体上可从其组成结构分为三个部分，即检测环节、传送放大环节和显示环节。检测环节能够将被测量参数进行科学合理的转换，使其适合进一步测量，接着通过传送放大环节的作用，被测参数信号最终在显示环节实现仪表指示与记录。由此可见，各类测量仪器在应用中的原理具有共性之处，即被测参数会经过1或多次信号的转换，最后在显示环节中通过仪表盘的刻度、指针位移或数字等形式得到显示。而在该过程的进行中最有帮助的工具就是各类测量检测仪器。当前我国自动化仪器行业与自动化测量水平的发展均远远落后国外发达国家，且相应的专业技术人才匮乏，仪器智能化还有很长一段路要走。本文将结合光电技术探讨其在自动化测量检测中的应用。

2光电技术在自动化测量检测中的应用

要实现电参数测量的自动化，首要任务就是急需研制出一套可实现人眼功能的仪器来代替人眼的测量工作，且该仪器的重复精度、瞄准精度等必须达到较高水平。由于目前大多数标准测量仪器一般都设置有同上位微机连接通讯的相应端口，因此在硬件方面要促成自动化测量系统的实现，难度是不大的。伴随CCD器件的质量在逐年提升，可将CCD作为一个人眼仿真系统，完全可以实现电参数全自动化测量功能。全套测量系统的结构主要分为三个部分，详见图1。

2.1 高分辨率CCD与光电技术成像系统

被测信息通过远心光学系统从表盘和指针入射到CCD表面，再借助驱动器将载有表盘与指针信息的视频信号传送至数模数据采集系统进行数模转换，上述全过程构成了光学成像系统。在存储器当中存有矩阵形式数据，有助于计算机识别。敏单元尺寸大小通常采用10m×10m，用1024×1024像元数作为面阵CCD的尺寸。通过同轴照明方式自动调节光源的亮度。数模信号采集系统则是采用16位数模数据采集卡，该采集结果的最大非线性误差可控制在0.006FSR内，在转换时间上则不超过17ms。

2.2 微机控制技术

目前计算机控制技术系统软件主要包括两大方面，一方面是基于VC语言的微机平台，结合数据库系统构成成微机控制系统软件；另一方面是图像数字处理软件。

第一方面，其主要控制方式是通过计算机设置被测量指针表的测试点，例如对于5A从20%～100%每隔20%设置1个测试点，共5个测试点，相当于对应1、2、3、4、5A等5个点，接着标准源收到计算机指令，电流逐渐平滑升高，当表盘20%刻度所在位置与指针重合时，标准源再次收到指令，计算机则读取数值，并与1A比较，得出误差，储存测量结果。当5个测试点均完成后打印测试证书。

第二方面，通过运用图像数字处理软件，能够对表盘刻度和指针信号达到很好的识别效果。在表盘刻度和指针信号噪声的降噪处理中，多采用高斯滤波和中值滤波技术；也可采用CANNY算子降低噪声干扰，使得测量数据更为精准；此外，还可运用最小二乘法进行图像拟合工作，可提升拟合精度。通过上述图像数字处理，计算机对刻度与指针的识别精度相比人眼识别精度将提升5倍左右。

2.3三相交流标准源

三相交流标准源除了能够提供标准的电压、电流、功率、频率和相位等多种信号，还能够承受大于20W的负载。三相交流标准源具备高精度数字合成优势，它是由数模转换器和波形存储器组成的，在调幅方面运用了脉冲调宽技术直流基准源，在调频方面运用了脉冲移相技术，在调相方面则是运用锁相环技术。以往常用的电流和电压放大器仅能承受不超过20W的负载，通过运用前馈控制技术进行无差调节，跟踪信号基准将不受负载变化的影响，并能达到放大器输入与输出信号的一致性。矢量采样技术作为一种全信息采样技术具备诸多优势，尤其是它在时间和精度的控制方面比标准源的有效值和计算时反馈有着显著的优势，能很好地提供信号中的相位、谐波和幅值等各种信息。随着矢量采样技术优越性得到重视，该技术也逐渐成为自动化测量检测的最有利选择。

3 结论

光电技术在电参数自动化测量检测中的应用时间已经有将近20年历史，随着科技的不断发展，在测量检测中以点测量为主的自动化仪表也在逐渐改善，更高的光电技术水平将进一步推动自动化仪表测量检测在实践中的应用，进一步完善电能参数的测量检测途径。虽然，当前电能参数的测量检测中常用的电能表并未完全达到自动化测量的标准，但仪表测量检测的全自动化必定是将来的发展趋势。本文旨在通过光电技术在测量检测中的应用分析，为测量检测工作迈向自动化发展提供一些思路。

参考文献：

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[2]薛微微.工业自动化仪表故障分析及处理方法[J].黑龙江科技信息，2011（14）.