自动化仪表测量中的光电技术及其应用

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。

关键词：自动化仪表测量；光电技术；具体应用

引言

近年来，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。

1 自动化仪表测量与光电技术的相关原理

1.1 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[1]。

1.2 光电技术在自动化仪表测量中的原理

1.2.1 分辨率较高的CCD的应用

要想实现相关测量参数的自动化，首先要研发出可以代替人眼功能的仪器来代替人眼的测量工作，且该仪器应该具备较高的性能和瞄准度。CCD即电荷耦合元件是一种半导体的器件，且能够将光学信号转化为相应的数字信号，因此通过不断提高CCD器件的质量并使其逐步代替人眼在自动化仪表测量中的工作，可以较好地实现测量参数的自动化。将光电技术中的CCD应用到自动化仪表测量工作中主要是通过其自身的远心光学系统将测量仪表的指针与表盘映射到该电荷耦合元件的表面，并在驱动器的作用下，CCD器件将指针与表盘的相关信号传送到器件的模拟数据采集系统进行相应的转换，且在传输的过程中，数据以矩阵的形式被存储起来，从而方便计算机对数据进行相应的识别，并将其显示到仪表的显示终端[2]。

1.2.2 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]。

1.3 交流标准源控制系统的应用

在自动化仪表的测量过程中，通过引入三相交流标准源，可以为仪表提供标准的电压、电流、频率以及相位和功率信号，从而提高仪表数据的精准度。其中，作为整个标准源信号交换的基准，数据源以其高度稳定的性能调节着数据在仪表的各个传输环节中的精准度。由于传统的电流、电压控制器对仪表功率负载的最高承受额度是20W，而基于数据源技术的三相交流标准院系统则通过应用前馈控制技术对数据进行无差别调节，从而避免了由于负载变化而引起的跟踪信号基准不稳定的现象，在大幅度提高了仪表数据准确度的同时，也保证了相关工业生产的安全性[4]。

2 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

2.1 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[5]。

2.2 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。

3 结束语

文章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]汪 .光电技术在自动化测量检测中的应用分析[J].科技传播，2013，07（12）：194.

[2]自动化技术、计算机技术[J].中国无线电电子学文摘，2007，3（9）：183-248.

[3]孙元.软测量模型自适应校正与高温场软测量方法研究[D].中南大学，2012.

[4]自动化技术、计算机技术[J].中国无线电电子学文摘，2011，1（19）：161-238.

[5]张雄娥.边界检出电路模块的研究与设计[D].华南理工大学，2012.

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