光電檢測前沿技術(shù)論文(2)
光電檢測前沿技術(shù)論文
光電檢測前沿技術(shù)論文篇二
光電技術(shù)在自動化測量檢測中的應(yīng)用分析
摘 要 在科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展中，工業(yè)自動化水平得到極大的提升，促進(jìn)了自動化控制技術(shù)在生產(chǎn)科研中的廣泛應(yīng)用。當(dāng)前很多儀器都具備較高的智能化水平，但仍只能以計算機(jī)為媒介完成一些基本的數(shù)據(jù)打印和處理工作，尚未實現(xiàn)實質(zhì)上的自動化測量，很多測量工作依然需要人工來實現(xiàn)。本文主要對光電技術(shù)在自動化儀表測量檢測中的應(yīng)用進(jìn)行探究。
關(guān)鍵詞 光電技術(shù);自動化測量;檢測
中圖分類號TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708(2013)98-0194-02
0引言
隨著微電子與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種測量檢測儀器和技術(shù)也取得長足的進(jìn)步，陸續(xù)誕生很多高智能、高科技的測量儀器。以一些電參數(shù)(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(jìn)行測量，雖然當(dāng)前很多儀器都具備較高的智能化水平，但仍只能以計算機(jī)為媒介完成一些基本的數(shù)據(jù)打印和處理工作，尚未實現(xiàn)實質(zhì)上的自動化測量，很多測量工作依然需要人工來實現(xiàn)。例如測試點需要通過人眼瞄準(zhǔn)定位，手動操作儀器，使得工作效率不高，不必要的工作強(qiáng)度也較大，且容易產(chǎn)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(shù)在自動化測量檢測中應(yīng)用的基本原理
由于各行業(yè)生產(chǎn)加工參數(shù)種類的繁多和差異性，各種測量儀器的工作原理和結(jié)構(gòu)也不盡相同。但大體上可從其組成結(jié)構(gòu)分為三個部分，即檢測環(huán)節(jié)、傳送放大環(huán)節(jié)和顯示環(huán)節(jié)。檢測環(huán)節(jié)能夠?qū)⒈粶y量參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的轉(zhuǎn)換，使其適合進(jìn)一步測量，接著通過傳送放大環(huán)節(jié)的作用，被測參數(shù)信號最終在顯示環(huán)節(jié)實現(xiàn)儀表指示與記錄。由此可見，各類測量儀器在應(yīng)用中的原理具有共性之處，即被測參數(shù)會經(jīng)過1或多次信號的轉(zhuǎn)換，最后在顯示環(huán)節(jié)中通過儀表盤的刻度、指針位移或數(shù)字等形式得到顯示。而在該過程的進(jìn)行中最有幫助的工具就是各類測量檢測儀器。當(dāng)前我國自動化儀器行業(yè)與自動化測量水平的發(fā)展均遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后國外發(fā)達(dá)國家，且相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人才匱乏，儀器智能化還有很長一段路要走。本文將結(jié)合光電技術(shù)探討其在自動化測量檢測中的應(yīng)用。
2光電技術(shù)在自動化測量檢測中的應(yīng)用
要實現(xiàn)電參數(shù)測量的自動化，首要任務(wù)就是急需研制出一套可實現(xiàn)人眼功能的儀器來代替人眼的測量工作，且該儀器的重復(fù)精度、瞄準(zhǔn)精度等必須達(dá)到較高水平。由于目前大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)測量儀器一般都設(shè)置有同上位微機(jī)連接通訊的相應(yīng)端口，因此在硬件方面要促成自動化測量系統(tǒng)的實現(xiàn)，難度是不大的。伴隨CCD器件的質(zhì)量在逐年提升，可將CCD作為一個人眼仿真系統(tǒng)，完全可以實現(xiàn)電參數(shù)全自動化測量功能。全套測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為三個部分，詳見圖1。
2.1 高分辨率CCD與光電技術(shù)成像系統(tǒng)
被測信息通過遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)從表盤和指針入射到CCD表面，再借助驅(qū)動器將載有表盤與指針信息的視頻信號傳送至數(shù)模數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，上述全過程構(gòu)成了光學(xué)成像系統(tǒng)。在存儲器當(dāng)中存有矩陣形式數(shù)據(jù)，有助于計算機(jī)識別。敏單元尺寸大小通常采用10m×10m，用1024×1024像元數(shù)作為面陣CCD的尺寸。通過同軸照明方式自動調(diào)節(jié)光源的亮度。數(shù)模信號采集系統(tǒng)則是采用16位數(shù)模數(shù)據(jù)采集卡，該采集結(jié)果的最大非線性誤差可控制在0.006FSR內(nèi)，在轉(zhuǎn)換時間上則不超過17ms。
2.2 微機(jī)控制技術(shù)
目前計算機(jī)控制技術(shù)系統(tǒng)軟件主要包括兩大方面，一方面是基于VC語言的微機(jī)平臺，結(jié)合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成成微機(jī)控制系統(tǒng)軟件;另一方面是圖像數(shù)字處理軟件。
第一方面，其主要控制方式是通過計算機(jī)設(shè)置被測量指針表的測試點，例如對于5A從20%～100%每隔20%設(shè)置1個測試點，共5個測試點，相當(dāng)于對應(yīng)1、2、3、4、5A等5個點，接著標(biāo)準(zhǔn)源收到計算機(jī)指令，電流逐漸平滑升高，當(dāng)表盤20%刻度所在位置與指針重合時，標(biāo)準(zhǔn)源再次收到指令，計算機(jī)則讀取數(shù)值，并與1A比較，得出誤差，儲存測量結(jié)果。當(dāng)5個測試點均完成后打印測試證書。
第二方面，通過運(yùn)用圖像數(shù)字處理軟件，能夠?qū)Ρ肀P刻度和指針信號達(dá)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(shù);也可采用CANNY算子降低噪聲干擾，使得測量數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn);此外，還可運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行圖像擬合工作，可提升擬合精度。通過上述圖像數(shù)字處理，計算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)源
三相交流標(biāo)準(zhǔn)源除了能夠提供標(biāo)準(zhǔn)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(fù)載。三相交流標(biāo)準(zhǔn)源具備高精度數(shù)字合成優(yōu)勢，它是由數(shù)模轉(zhuǎn)換器和波形存儲器組成的，在調(diào)幅方面運(yùn)用了脈沖調(diào)寬技術(shù)直流基準(zhǔn)源，在調(diào)頻方面運(yùn)用了脈沖移相技術(shù)，在調(diào)相方面則是運(yùn)用鎖相環(huán)技術(shù)。以往常用的電流和電壓放大器僅能承受不超過20W的負(fù)載，通過運(yùn)用前饋控制技術(shù)進(jìn)行無差調(diào)節(jié)，跟蹤信號基準(zhǔn)將不受負(fù)載變化的影響，并能達(dá)到放大器輸入與輸出信號的一致性。矢量采樣技術(shù)作為一種全信息采樣技術(shù)具備諸多優(yōu)勢，尤其是它在時間和精度的控制方面比標(biāo)準(zhǔn)源的有效值和計算時反饋有著顯著的優(yōu)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(shù)優(yōu)越性得到重視，該技術(shù)也逐漸成為自動化測量檢測的最有利選擇。
3 結(jié)論
光電技術(shù)在電參數(shù)自動化測量檢測中的應(yīng)用時間已經(jīng)有將近20年歷史，隨著科技的不斷發(fā)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(shù)水平將進(jìn)一步推動自動化儀表測量檢測在實踐中的應(yīng)用，進(jìn)一步完善電能參數(shù)的測量檢測途徑。雖然，當(dāng)前電能參數(shù)的測量檢測中常用的電能表并未完全達(dá)到自動化測量的標(biāo)準(zhǔn)，但儀表測量檢測的全自動化必定是將來的發(fā)展趨勢。本文旨在通過光電技術(shù)在測量檢測中的應(yīng)用分析，為測量檢測工作邁向自動化發(fā)展提供一些思路。
參考文獻(xiàn)
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