光电技术在指示仪表自动化测量中的运用

上海嘉慧光电子技术有限公司 刘富成

光电技术在指示仪表自动化测量中的运用

上海嘉慧光电子技术有限公司 刘富成

【摘要】随着我国社会经济的的发展，生产力水平也在不断的提高，随着我国计算机技术广泛应用与各个领域当中，为我国的社会生产提供重要的技术依据。而光电技术作为计算机技术的主要组成部分，对我国的工艺生产和现代化进程有很大的影响，本文通过对观点技术在指示仪表自动化测量中应用的原理分析，对光电技术在指示仪表自动化测量中的运用方式做了深入的研究，希望对观点技术在指示仪表自动化测量中的运用有一定的帮助。

【关键词】光电技术；指示仪表；自动化测量；运用分析

1 引言

随着我国科学技术的不断发展，电子计算机技术和光电技术也得到了快速的发展，给我国工业生产自动化的实现奠定了坚实的基础，目前为止我国很多的工业企业都安装了自动化测量技术，随着指示仪表自动化测量在我国工业企业中普遍的使用，使得工业企业生产成本和预算控制更加准确和精细，大大减少人为测量的误差和劳动力。为我国工业企业的长效发展提供了技术保障。虽然我国光电技术在指示仪表自动化测量中的运用已经取得了很大的成果，但是由于我国光电技术在指示仪表自动化测量中起步比较晚，在测量过程中要存在很大局限性。使得光电技术在指示仪表自动化测量中的运用不能在全企业各个部门中顺利的展开，所以还需要相关人士对光电技术在指示仪表自动化测量中的运用进行不断的研究和开发，从而保证光电技术在指示仪表自动化测量中的运用保证我国工艺企业健康平稳的发展。

2 光电技术在指示仪表自动化测量中实现的方法和原理

要想在工艺生产中实现指示仪表自动化测量首先要通过高科技技术开出一套能代替人眼测量的高精度仿真系统。目前在测量过程中普遍采用电荷耦合元件，统称为CCD图像传感器，通过半导体器件，把光学影像转换为数字信号组成的自动化检测系统。随着我国科技的进步，CCD图像传感器越来越完善，能够完成很好的实现指示仪表自动化测量。CCD图像传感器自动测量的原理图如图1所示：

图1 CCD图像传感器实现指示仪表自动化测量原理框图

从图1中可以清楚的看到CCD图像传感器实现指示仪表自动化测量系统主要由三个部分组成即：CCD图像传感器及光学成像系统、计算机控制系统及打印机、可远程三相交流标准源。通过这样的方法，光电技术在指示仪表自动化测量中，通过检测的方法，能科学合理的选择出被测量的参数，使测量的数值更加准确，除此之外还有放大测量的方法，能把被测量的参数显示在对应的指示仪表中并且对这些数值进行记录。在我国目前的光电技术指示仪表自动化测量中把电路传来的光信号转换成电信号，通过信号调节器把转换的信号恢复成要测量的电信号。虽然我国目前光电技术在指示仪表自动化测量中取来很大成果，但是和欧美等发达国家相比还存在很大差距，尤其是缺乏相关的技术人员，所以还需要不懈努力，才能提高我国光电技术在知识仪表中自动化测量的技术。

2.1 高分辨率CCD和光学成像系统的原理

高分辨率CCD个光学成像系统的原理图如图2所示：

图2 高分辨率CCD和光学成像系统原理图

从图2中不难看出远心光学系统把测量的仪器表中需要测量的数据输入到CCD图像传感器中，通过CCD图像传感器把需要数据和图像传输给A/D数据收集系统中进行转换，然后计算机对这些数据和图像进行识别，就组成了高分辨率CCD和光学成像系统的原理［1］。

2.2 计算机控制系统

在光电技术在指示仪表自动化测量中计算机控制系统主要可以分成两部分，一是通过VC语言操作平台通过整数据完计算机控制系统；二是通过图像数字处理软件提高测量的精确度。

VC语言操作平台控制过程如下：

VC语言操作其实就是通过计算机控制系统向标准源发出命令使得指示仪表中的电流变化，达到指示以便的刻度，然后再通过计算机读取相关的数值，通过把读取的数值和标准值进行比较，减小数据识别中存在的误差，最好把测量的结果存储在计算机硬件当中，通过打印机大意出测量结构就完成一次测量。

图像处理数字处理软件：

在使用计算机处图像和数字的过程中，首先要对通过高斯滤波和中值滤波去掉干扰信号的噪声，通过CANNY算子技术提取准确的数值，然后通过最小二乘法提高数字的精确度，通过计算机控制系统处理的数据和图像其精确超过人类眼睛测量的5倍以上。

2.3 三相交流标准源

这一部分可以通过企业自己研制，比如：LD三相交流标准源、LJ三相交流标准源。在光电技术在指示仪表自动化测量中对三相交流标准源的应用比较相对来讲技术性比较低。只要三相交流标准源能控制相应的电压、电流、电阻、频率并且能带动20万以上的负载就可以了其相关的原理图如图3所示：

图3 三相交流标准源

从图3中可以清楚的看到，三相交流标准源主要由三部分组成，即高精度数字合成三项信号源、带有前馈控制的电压，电流放大器、矢量采用。其中高精度数字合成三项信号源由波形存储器和转化器组成，在目前高精度数字合成三项信号源中采用脉冲调宽技术；带有前馈控制的电压，电流放大器把交流基准信号的功率进行放大，保证三相交流标准源能带动二十万负载。通过采用前馈控制技术，无论三相交流标准源中负载怎样变化，使得放大器中输入和输出的信号都能保持一致，为三相交流标准源提供良好的运行环境；矢量采用是我国最新新发明的全信息取样，包括增幅的信息、相位信息、谐波信息。这些信息通过矢量采样能全部都反馈到控制系统中。通过使用三相交流标准源能实现标准源的时间响应以及相位精度控制方面和三相交流标准源进行对比，分析出具体数值，适合光电技术在指示仪表自动化测量中的应用。

3 光电技术在指示仪表自动化测量中的运用存在的问题以及解决措施

3.1 发射电路中供电问题以及解决措施

完成一次指示仪表自动化测量需要多种光电技术结合使用才能完成，这就对工艺企业发射电路中的电压是否稳定有很高的要求，目前我国在光电系统中采用的发射点形式主要有三种即：通过高压母线进行供电、把低压电能转换成光能通过光纤输送到供电系统、通过高压电池进行供电。在实际的测量过程中，经常发生因为高压母线供电电流在用电高峰期时电流过小，使得在测量过程中无法得到正常的供电电压，严重影响测量的结果。如果高压母线中的电压过大就会造成电路损坏，所以在工业企业使用光电技术在指示仪表自动化测量中要在高压母线端口设置变压器，从而调节经过的电力使得光电技术能进行准确的测量。把低压电能转换成光能通过光纤使用电力的过程中，虽然能提供稳定的电压，但是却容易受到光电转化效率的影响，所以在使用这项供电时，要采取先关的技术保护。比如通过增加光缆线路来提高光电转化的效率。在使用高压电池输电的过程中，电量会随着使用时间的长度逐渐减少，这对测量过程提供很多不便。面对这样的问题可以向国家申请帮助，在工厂附近修建新能源转换站，提升供电的稳定性，比如：增加水利发电站、风力发电站、太阳能发电厂等等以此来提高供电的稳定性，保证光电技术在指示仪表自动化测量结果的准确性和可靠性［2］。

3.2 传输过程汇总的干扰问题

虽然光电技术在指示仪表自动化测量比传统的测量有很强的抗干扰能力，但是由于光电技术在使用过程中很容易受到发射电路、接受电路、光线的影响，这三个关键具有很强的不稳定性，所以在测量过程中很容易出现问题，从而影响光电技术在指示仪表自动化测量的准确性和精确度。这就要要是测量过程中通过科技的手段保护外界环境，为光电技术在指示仪表自动化测量营造一个良好的环境。

4 光电技术在指示仪表自动化测量应用过程中的相关案例分析

4.1 光电自动检测技术在防火材料和保温隔热层中的运用

工业生产过程中需要对高温设备进行很好的防火和保温隔热。这就对高温设备有很高的要求，首先需要在防火层加入防火材料，以及在管路的内壁加入保温隔热材料。如果高温设备在使用过程中发生剥落现象，就会使得保温效果大幅度下降。从而造成能源的浪费，增加工艺企业生产成本的投入。在这一过程中通过采用光电检测技术就能对保温设备的防火材料和保温隔热进行严格的检查，并且通过计算机软件能清楚掌握高温设备内部的一些情况，方便技术维护的修理，从而提高高温设备的使用效率和使用寿命［3］。

4.2 光电自动检测技术在机械设备中的应用

在工业企业生产过程中，设备的运转过程中很产生很大的摩擦热，就会对设备旋转接触部位造成很严重的磨损。这是因为机械设备发生摩擦的主要原因是设备旋转过程中发生轴心偏移，再加上润滑效果不好，导致机械设备各个零部件之间发生型号规格不匹配现象。这就会使得机械设备使用效率低下，无法按时完成工作量，通过光电自动检测技术能及时掌握设备旋转部位的温度，把设备的温度控制在一定的范围之内，防止设备温度过高造成设备损坏。光电检测技术适用的机械设备包括：传代齿轮、设备连接部位、电机、以及水泵中。

4.3 其他检测

光电自动检测技术能适用于很多方面，除了在防火材料和保温隔热层中的运用和机械设备中的应用还能广泛应用在家电设备、数码产品中，以及电话、麦克风等把声信号转变成电信号在转变成声信号，生活中经常使用的电视、空调、遥控器能应用红外线检查功能。除此之外还能应用在办公个医疗当中，通过光电自动检测技术能对文档进行线阵排列。在医院使用的数字体温计中，使用热敏电阻和光电传感技术能对提问进行准确的测量［4］。

5 结束语

综上所述，光电技术在指示仪表自动化测量中已经成功运行了十多年的时间，对我国工业企业的发展起到了重要作用，已经成为测量技术中的一种模式，但是由于我国光电技术在指示仪表自动化测量起步比较晚，目前还没有真正实现大规模的测量。但是随着我国科学技术的发展，通过相关人士多年的努力一定可以克服光电技术在指示仪表自动化测量中的问题，为我国实现自动化、信息化、数字化的发展模式，奠定坚实的基础。

本文通过分析光电技术在指示仪表自动化测量中实现的方法和原理、光电技术在指示仪表自动化测量中的运用存在的问题以及解决措施、光电技术在指示仪表自动化测量应用过程中的相关案例分析对光电技术在指示仪表自动化测量的应用做了深入的分析，希望多我国工业企业在生产过程中使用光电技术在指示仪表自动化测量提供一定的帮助。

参考文献

［1］赵宏泽.自动化仪表测量中的光电技术及其应用［J］.科技创新与应用，2014，27∶127.

［2］董莉梅.浅谈自动化仪表测量中光电技术的应用［J］.四川水泥，2014，09∶168.

［3］刘晶.自动化仪表测量中光电技术及其运用［J］.数字技术与应用，2016，01∶247.

［4］韦贵兵.光电技术在自动化仪表测量中应用的价值分析［J］.电子世界，2014，18∶140.

作者简介：

刘富成（1975—），男，吉林九台人，工程师（电气工程及自动化），现供职于上海嘉慧光电子技术有限公司，研究方向：光通讯检测仪表。