论文部分内容阅读
【摘 要】 随着社会主义现代化进程的不断加快与社会生产力水平的不断提高，改革开放以来，我国的计算机产业得以迅速发展，且为我国社会生产的各个领域提供了广泛的科技支持。作为计算机测量技术中的重要组成部分，光电技术的应用对于工业生产具有重要的影响。文章通过对光电技术在自动化仪表测量中的应用原理进行分析，并对自动化仪表测量中光电技术的具体应用方法及相关问题做出了具体的研究，促进光电技术的快速发展。
【关键词】 光电技术；自动化；测量检测
引言：
在我国现阶段，随着微电子技术与计算机技术的高速发展，自动化仪表的测量技术也获得了较大的发展空间，光电技术作为自动化仪表智能化技术内容的重要组成部分，其自身技术的熟练程度对自动化仪表的测量工作具有重要的影响。文章通过对自动化测量仪表中光电技术的应用原理进行了研究，并对光电技术在自动化仪表测量过程中的相关问题展开了具体分析，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，促进光电技术的快速发展。
一、自动化仪表测量与光电技术的相关原理
（一）自动化仪表工作原理
由于不同类型的工业其自身的加工种类也不尽相同，因此各种参数仪表的测量原理也有所不同，但对测量仪表的具体组成进行分析可知，一般的测量仪表均是由检测环节、传送放大环节以及显示环节三个部分组成的，其中，检测环节直接检测需要被测量的相关参数，并将其转变成适合于测量的具体信号；而自动化仪表的传送环节则将接受到的信号进行放大，并传送到仪表的显示端，最终将数据呈现给仪表的操作者。由上文可知，自动化仪表测量原理可以总结为仪表将被检测的信号进行一次或者多次的形式变换，并最后以数字、图形或者指针的形式显示出来。
（二）光电技术在自动化测量检测中的应用
1.分辨率较高的CCD的应用
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。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.微机控制技术
作为光电技术中的重要组成部分，微机控制技术对于实现仪表的智能化与自动化测量具有重要的作用和意义。现阶段的微机控制技术主要分为两种类型，一种是以VC语言作为整体操作平台，并与数据库的管理系统互相结合从而构成完整的计算机控制系统软件，其对测量参数具体的控制原理为：利用计算机对需要检测的仪表指针的测试点进行相关设置，并在其对标准源发出信号后，从而使仪表中的电流进行平稳上升，当指针与表盘中的单位刻度数相吻合时，再次向标准源发出信号，并继续测量第二个单位刻度数，以此类推，将仪表中不同位置的数据参数以证书的形式打印出来，从而实现仪表的自动化测量。首先，计算机通过对仪表的指针信号与表盘刻度信号进行相关处理，并应用中值波率与高斯波率处理噪声信号，从而将收集到的信号存储到数据库中；其次，计算机利用Caany算子对噪声进行相应的降噪处理，从而提高数据的准确性；最后，计算机通过在图像拟合加工工序过程中加入最小二乘法，从而使信号达到较高精度的拟合度，并显示到仪表终端
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。
二、光电技术应用于自动化仪表测量中所出现的问题及解决措施
（一）发射电路的供电问题解决措施
由于应用到仪表自动化测量过程中的多种光电技术系统均需要相应的有源设备，因此高压端口的供电电压是否稳定直接影响到传输系统运行的可靠性。我国光电系统高压侧的供电形式主要分为三种：利用高压母线进行传输供电、将低压侧电能转化为光能并利用光纤传送到高压端口、通过高压电池进行供电。在利用高压母线进行传输供电的过程中，一旦流经母线内的电流过小，则会使得信号的传输电路无法得到正常的供电，但如果母线内的电流过大，又会使整个光电系统受到冲击，容易出现电路损坏的情况，因此为了确保传输电路可以获得稳定的电压，在利用高压母线进行传输供电时，可以在母线端口或光电系统前端增设变压器，从而对流经电路的电流进行有效控制，提高系统电压的稳定性。而在利用光纤将低压侧的电能转化为光能并传送到高压侧时，虽然可以保持输出电压的稳定性，但是却比较容易受到激光输出功率影响，特别是受到光电转化效率的影响。基于上述原因，在应用光纤将低压侧电能转化为光能并传送高压侧时，则需要采取相应的光电转化保护手段，例如增设光缆线路等，进而通过提高光电转化效率的方法，保证相关信息传输的准确性。最后，在应用高压电池进行光电系统的传输供电时，由于经常受到电池电量影响，使得相关人员在进行光电系统电路设计的过程中必须考虑到电路控制，为线路的建造带来了诸多不便，对于上述问题，国家相关部门应该给予相应的支持力度，并加大多种新型能源在光电系统供电过程中的应用力度，例如风力供电、水力供电等，从而在提高供电效率的同时，增加传输数据的可靠性与准确性。
（二）传输过程中的干扰问题
虽然与自动化仪表测量中的传统传输系统相比，光电系统具有较高的抗电磁干扰的能力，但是对于光电系统自身而言，由于其是由发射电路、接收电路与光线三部分组成的，因此上述三个环节中任一环节出现问题，都会影响数据传输的准确性。
三、结束语
通过对自动化仪表的工作原理进行分析，引出了以CCD技术与微机控制技术为代表的光电技术在仪表自动化测量中的相关原理，并从光电技术的成像系统、系统软件的控制系统与交流标准源的控制系统等方面对光电技术在仪表自动化测量中的应用做出了具体的分析，可见，未来加强仪表自动化测量中光电技术的应用力度对于促进我国的计算机与微电子技术的发展、实现工业生产的高效性具有重要的历史作用和现实意义。
参考文献：
[1]叶培建，饶炜.光电技术在中国深空探测中的应用[J].航天返回与遥感，2011，02：1-11.
[2]王洪亮.自动化仪表测量中光电技术及其应用[J].科技传播，2011，21：110.
[3]杨鹏.电气设备改造及光电技术应用与节能浅析[J].资源节约与环保，2013，09：8+19.
[4]徐刚.基于光纤传感的机械设备动态监测关键技术研究与应用[D].武汉理工大学，2013.
[5]范生宏.工业数字摄影测量中人工标志的研究与应用[D].解放军信息工程大学，2006.
[6]孙双花.视觉测量关键技术及在自动检测中的应用[D].天津大学，2007.
[7]李瑜.TDLAS技术在环境大气检测中的应用分析[J].科技致富向导，2013，27：305.
【关键词】 光电技术；自动化；测量检测
引言：
在我国现阶段，随着微电子技术与计算机技术的高速发展，自动化仪表的测量技术也获得了较大的发展空间，光电技术作为自动化仪表智能化技术内容的重要组成部分，其自身技术的熟练程度对自动化仪表的测量工作具有重要的影响。文章通过对自动化测量仪表中光电技术的应用原理进行了研究，并对光电技术在自动化仪表测量过程中的相关问题展开了具体分析，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，促进光电技术的快速发展。
一、自动化仪表测量与光电技术的相关原理
（一）自动化仪表工作原理
由于不同类型的工业其自身的加工种类也不尽相同，因此各种参数仪表的测量原理也有所不同，但对测量仪表的具体组成进行分析可知，一般的测量仪表均是由检测环节、传送放大环节以及显示环节三个部分组成的，其中，检测环节直接检测需要被测量的相关参数，并将其转变成适合于测量的具体信号；而自动化仪表的传送环节则将接受到的信号进行放大，并传送到仪表的显示端，最终将数据呈现给仪表的操作者。由上文可知，自动化仪表测量原理可以总结为仪表将被检测的信号进行一次或者多次的形式变换，并最后以数字、图形或者指针的形式显示出来。
（二）光电技术在自动化测量检测中的应用
1.分辨率较高的CCD的应用
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。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.微机控制技术
作为光电技术中的重要组成部分，微机控制技术对于实现仪表的智能化与自动化测量具有重要的作用和意义。现阶段的微机控制技术主要分为两种类型，一种是以VC语言作为整体操作平台，并与数据库的管理系统互相结合从而构成完整的计算机控制系统软件，其对测量参数具体的控制原理为：利用计算机对需要检测的仪表指针的测试点进行相关设置，并在其对标准源发出信号后，从而使仪表中的电流进行平稳上升，当指针与表盘中的单位刻度数相吻合时，再次向标准源发出信号，并继续测量第二个单位刻度数，以此类推，将仪表中不同位置的数据参数以证书的形式打印出来，从而实现仪表的自动化测量。首先，计算机通过对仪表的指针信号与表盘刻度信号进行相关处理，并应用中值波率与高斯波率处理噪声信号，从而将收集到的信号存储到数据库中；其次，计算机利用Caany算子对噪声进行相应的降噪处理，从而提高数据的准确性；最后，计算机通过在图像拟合加工工序过程中加入最小二乘法，从而使信号达到较高精度的拟合度，并显示到仪表终端
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。
二、光电技术应用于自动化仪表测量中所出现的问题及解决措施
（一）发射电路的供电问题解决措施
由于应用到仪表自动化测量过程中的多种光电技术系统均需要相应的有源设备，因此高压端口的供电电压是否稳定直接影响到传输系统运行的可靠性。我国光电系统高压侧的供电形式主要分为三种：利用高压母线进行传输供电、将低压侧电能转化为光能并利用光纤传送到高压端口、通过高压电池进行供电。在利用高压母线进行传输供电的过程中，一旦流经母线内的电流过小，则会使得信号的传输电路无法得到正常的供电，但如果母线内的电流过大，又会使整个光电系统受到冲击，容易出现电路损坏的情况，因此为了确保传输电路可以获得稳定的电压，在利用高压母线进行传输供电时，可以在母线端口或光电系统前端增设变压器，从而对流经电路的电流进行有效控制，提高系统电压的稳定性。而在利用光纤将低压侧的电能转化为光能并传送到高压侧时，虽然可以保持输出电压的稳定性，但是却比较容易受到激光输出功率影响，特别是受到光电转化效率的影响。基于上述原因，在应用光纤将低压侧电能转化为光能并传送高压侧时，则需要采取相应的光电转化保护手段，例如增设光缆线路等，进而通过提高光电转化效率的方法，保证相关信息传输的准确性。最后，在应用高压电池进行光电系统的传输供电时，由于经常受到电池电量影响，使得相关人员在进行光电系统电路设计的过程中必须考虑到电路控制，为线路的建造带来了诸多不便，对于上述问题，国家相关部门应该给予相应的支持力度，并加大多种新型能源在光电系统供电过程中的应用力度，例如风力供电、水力供电等，从而在提高供电效率的同时，增加传输数据的可靠性与准确性。
（二）传输过程中的干扰问题
虽然与自动化仪表测量中的传统传输系统相比，光电系统具有较高的抗电磁干扰的能力，但是对于光电系统自身而言，由于其是由发射电路、接收电路与光线三部分组成的，因此上述三个环节中任一环节出现问题，都会影响数据传输的准确性。
三、结束语
通过对自动化仪表的工作原理进行分析，引出了以CCD技术与微机控制技术为代表的光电技术在仪表自动化测量中的相关原理，并从光电技术的成像系统、系统软件的控制系统与交流标准源的控制系统等方面对光电技术在仪表自动化测量中的应用做出了具体的分析，可见，未来加强仪表自动化测量中光电技术的应用力度对于促进我国的计算机与微电子技术的发展、实现工业生产的高效性具有重要的历史作用和现实意义。
参考文献：
[1]叶培建，饶炜.光电技术在中国深空探测中的应用[J].航天返回与遥感，2011，02：1-11.
[2]王洪亮.自动化仪表测量中光电技术及其应用[J].科技传播，2011，21：110.
[3]杨鹏.电气设备改造及光电技术应用与节能浅析[J].资源节约与环保，2013，09：8+19.
[4]徐刚.基于光纤传感的机械设备动态监测关键技术研究与应用[D].武汉理工大学，2013.
[5]范生宏.工业数字摄影测量中人工标志的研究与应用[D].解放军信息工程大学，2006.
[6]孙双花.视觉测量关键技术及在自动检测中的应用[D].天津大学，2007.
[7]李瑜.TDLAS技术在环境大气检测中的应用分析[J].科技致富向导，2013，27：305.