自动测量十篇

自动测量篇1

【关键词】井下测量接头；自动测量系统；应用

在信息化时代的今天，不管是何种行业都会引进一些相应的技术进行应用。就井下测量接头来说，研制了一款井下测量接头自动测量系统。这种自动测量系统可以对井下钻进时的受力等情况进行实时监测，这种系统可以自动采集数据然后传输到地面，当把数据输入到电脑中就可以进行细致的分析。以下为对井下测量接头自动测量系统的结构与组成、测量系统的功能及测量系统在实际工作中的应用进行了细致的分析。

一、测量系统的结构与组成

井下测量接头自动测量系统的结构主要由2个部分组成，分别为：一个是测力应变片，另一个是电子仪器仓。测力应变片可以通过测力筒和引线等进行检测，其中的测力筒和引线都需要采取一定的保护措施，例如密封等。井下测量接头自动测量系统的的硬件分为6个部分，分别为：传感器、井下计算机、信号放大调整电路、地面回放接口板、存储器、电池及控制电路，如图1所示。其中对于存储器和井下计算机的要求特别高。原因是由于数据暂放于井下，对于存储量和速度等要求过高，所以在选取存储器时要选择存储量大、不易丢失、速度快的高质量存储器。当需要存储的空间超负荷时，只要换一个存储量大的芯片就可以了，这样给井下工作者的工作带来了便利条件。在选用计算机时要注意选择体积小、操作方便、功能强的计算机。井下测量接头自动测量系统的的软件分为几个部分，有数字处理子程序、存储子程序和通讯程序等。如图2所示。电池及控制电路，就是将可充电电池转换为系统内部需要的电压。这样的好处是，可以在延长工作时间时保证持续供电，还可以节省电量。

电子仪器仓内几乎存在全部的元器件（测力应变片除外），例如压力传感器、温度传感器、电路板、电池等。像放大器、单片机、存储器、阻容元件这些电子元件，一般情况下都焊在同一电路板上（电路板需要密封、防水、防振、耐压）。

二、测量系统的主要功能

井下测量接头自动测量系统的主要功能有以下几点：1、数据采集功能。测量系统可以循环采集数据，在采集时还可以进行一些数据处理。需要采集的数据，有振动、受力参数、温度参数、加速度等参数。这种功能的有点是：节省人力、准确性高、操作简单、可靠性高；2、数据回放功能。井下的计算机与地面上的微机，这两台计算机通过通讯回路将数据进行传输，以方便对数据举行分析；这种功能的有点是：直观方便、便于观察、节省时间；3、自动存储功能。由于现今还无法直接的向井口传递数据，所以采集后的数据只能放在井下，以存储器为介质来保存数据，到地面后在把数据输入到电脑内，最后进行各项分析。这种功能的有点是：操作方便、易于保存和携带；4、接受地面信号功能。地面与井下通过泥浆泵的方式传输控制信号，井下通过测量接头的压力传感器接受信号，在识别后数据采集子程序就开始了正常工作。这种功能的有点是：误差小、方便快捷；5、自计时功能。系统在开启后就会自动进行计时功能，而地面上的与井下的计时是相同的。当接收到特定的信号后井下测量系统将会启动倒计时功能，计时停止后系统也会随之停止等待下一次的信号。这种功能的有点是：精确性高、节省时间；6、抗干扰功能。当有一些外界的条件干扰系统功能时，井下测量接头自动测量系统可以进行自动恢复功能的正常工作状态。这种功能的有点是：安全性高等。

三、井下测量接头自动测量系统的应用

在进行井下测量接头自动测量系统的实验前需要对整个电路和传感器分别开来，以确保数据对比度的精确性。在选取传感器时要用体积小、耐高温的传感器，原因是在运用时受到结构空间、压力等限制，所以传感器的选择至关重要。在进行试验时可以采用压力试验台打压的方式检测压力传感器和相关电路。如图3所示。在进行实验时为确保各个参数的准确性和客观性，需要进行对比实验。例如胜利油田侧平59井和侧平1井进行了井下试验，取得了较好的实验结果。

四、结论

井下测量接头自动测量系统在行业中占据着重要作用，同时此它可以推动社会和经济的发展。随着科技的不断进步，在井下测量中井下测量接头自动测量系统也在不断的完善当中。相信，井下测量接头自动测量系统的发展回越来越好。

参考文献

[1] 王向周，南顺成，郑戍华，王渝；MB90F540/545单片机应用系列介绍――基于MB90F549单片机的频率测量仪[J]；电测与仪表；2012年04期.

[2] 耿艳峰；杨锦舟；闫振来；华陈全；刘宝；；基于电阻式应变片的近钻头工程参数测量技术研究[J]；传感技术学报；2013年06期.

自动测量篇2

关键词 地形测量；测绘技术；发展趋势

中图分类号P623 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）58-0100-02

地形测量学既是一门理论科学也是一门技术科学，它主要研究并确定地球的大小、形状、地球整体运动、地球局部运动以及地球表面点的位置的集合。通过地形测量工作，可以为国家在城市建设、矿区开采以及实施各种工程等方面的工作提供很大的帮助，并提供不同比例尺的地形图以满足其需要。地形测绘主要是研究和确定地球局部表面的大小及形状，然后通过测量将其绘制成不同比例尺的地形图。即测定地球表面的地形以及物体等在水平面上的投影的高程和位置，然后得到的数据按照一定的比例进行变化，再用各种专业符号和注记绘制成一定比例尺的地形图。目前一般采用航空摄影测量方法进行测绘地形图，然后于室内测量航空像片，但是若绘制的地形面积较小，仍以野外使用平板仪测量方法为主，以节省费用。传统意义上的测绘一般由五部分组成，即控制测量、施工测量、地形测量、变形监测和竣工测量。然而随着测绘技术的发展，现代测绘技术呈现出高度自动化、高精度、丰富的图形属性信息以及更加方便的图形编辑等优势。本文主要结合工作实际，阐述了地形测量和测绘技术的相关概念及目前地形测量的测绘自动化技术，并探讨测绘技术自动化技术的发展趋势。

1 目前地形测量的测绘自动化技术[1-4]

测绘自动化技术是指能够集多种地形测量技术于一体的、同时具备采集、传输、处理、保存、输出和管理的测绘技术。随着计算机技术、网络技术的快速发展以及测量仪器的智能化，地形测绘技术也逐渐朝着自动化的方向发展，其中3S技术（GPS全球定位系统、GIS地理信息系统、RS遥感）及其集成技术是测绘技术自动化技术的核心。

1.1 GPS技术

GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS是20世纪70年代由美国陆、海、空联合研制而成的卫星导航定位系统，该系统建成于1994年，可覆盖全球约98%的地区，能够对全球海、陆、空进行全天候的、全方位的定位与导航，因此具有精度高、效率高、功能多以及全天候的优点。与传统的地面测量与定位方法相比，GPS技术更具有良好的抗干扰性能和更好的保密性，同时该技术的应用范围更加广泛，功能更多，测量和观测所用的时间更短，执行起来更加快捷。其中GPS PTK（Real Time Kinematic）技术的定位精准度更高，可达厘米级，并能够广泛地应用于水上定位，该技术是上世纪90年代开始投入使用的，是一种全新的三维测量系统，并可适用于各种复杂气象天气状况，其主要采用了载波相位动态实时差分方法，对于GPS技术的发展具有里程碑的意义，是目前最佳准确和实时地确定待测地点位置的方式，该方式在应用时准确度高、速度快、灵活方便，且其测程能够不受限制也不受通视条件的影响。

1.2 GIS技术

地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）是一种融几何学、地理学、测量学、计算机科学和应用对象为一体的，并具有高度综合性的高新技术。它主要是利用计算机科学中的图形处理技术和数据库技术来处理和计算地球空间及其相关的数据，该技术具有采集、传输、处理、分析、存储、显示、输出和应用数据的能力，其主要特点是能够有机地将地球表面空间事物的地理位置与其特征结合起来，并将结果直观、形象地显示在计算机显示器上。该系统能够处理、更新、管理和分析空间地理信息，从而从中采集出有用的数据，并有力地支持计算机图形学、多媒体技术和数据库采集技术的发展，并为现代自动化测绘技术提供巨大的支撑作用。

目前GIS地理信息系统将向着数据标准化(Interoperable GIS)、数据多维化(3D&4D GIS)、系统集成化(Component GIS)、系统智能化(Cyber GIS)、平台网络化(Web GIS)和应用社会化(数字地球)的方向发展。

1.3 RS技术

RS（Remote Sensing）即遥感技术是从上世纪60年代开始兴起的一种新技术，该技术能够从较远的距离感知目标物体所辐射或反射出来的红外线、可见光、电磁波等，同时对目标物体进行探测及识别。航空摄影就是其主要应用之一，而自从人类成功地发射人造地球卫星后，遥感技术更是获得了突飞猛进的发展机会，现代遥感技术已经具有了收集、存储、传输和处理信息的能力，其中最关键的部分是遥感器，遥感器的种类比较多，如多光谱扫描仪、照相机、电视摄像机、成像光谱仪、合成孔径雷达以及微波辐射仪等都具有遥感功能，从而能够顺利地完成信息的获取。完成信息传输的部件主要负责将获取的信息从远距离平台传输到接收中心，如从卫星传输到卫星接收站。完成信息处理的部件可识读、合成和编辑图片，如数字图像处理机、彩色合成仪和图像判读仪就具有上述信息处理的功能。

1.4 小结

遥感技术是地理信息系统的信息源，而地理信息系统能够为遥感技术提供数据的分析和管理技术，全球定位系统又能够为地理信息系统提供有力的补绘和补测手段，从而使地理信息系统实现实时的更新。可以说，这三种技术的均各自具有特点，而将三者密切结合起来，为地形测量提供了精确的图形和数据。

2 测绘技术自动化技术的发展趋势[3-9]

随着计算机技术、网络技术的快速发展以及测量仪器的智能化和系统化，地形测绘技术也逐渐朝着3G技术及集成自动化、实时化和数字化，数据库和应用软件的开发应用，三维可视化技术以及人工智能化的方向发展，从而使测绘技术能够全面地应用于地形测量的工作中，并有效地提高地形测量工作的准确性和效率。

2.1 3G技术及集成技术的进一步发展

大力推广应用3G技术并将其目前存在的问题加以改进和完善，更新3G技术及其集成技术测量的方法和手段，提高地形测绘技术的准确度和精确度，从而使3G技术进一步拓展在地形测量和测绘技术的应用领域范围。目前，全球数字摄影测量系统已经应用于GPS、GIS、RS和3S集成技术中，普及和深化了地形测量和测绘技术，并使之朝着电子化、数字化和自动化的方面发展。地理系统系统是公共地理定位的基础，能够为其提供标准化、数字化和多维化的地理信息。

2.2 测绘软件及数据库的开发与更新

不断深入地研发地形测量数字化测绘软件，能够提高地形测绘工作的效率，使地形测绘工作能够富有成效地完成，在这当中，可以说地形测绘软件起着至关重要的作用。不断开发、更新与完善信息数据库，直接将采集到的测量数据输入信息数据库，可以方便查询和共享信息，并实现全球数据更新和扩展空间基础信息系统的动态管理，使地形测量数据的管理更具有标准化、科学化和信息化，在传输方式上更具有多样化和网络化，从而实现地形测量和测绘工作走向数字化和自动化。

2.3 人工智能和专家系统在测绘技术中的应用

随着计算机技术、网络技术的发展，地形测量和测绘技术与这些学科产生了交叉和综合，从而推动了智能系统即自动化技术在该领域的发展。如计算机专家可以利用计算机来模拟人脑推理的思维能力，使其能够参与或从事信息管理、图形处理以及数据分析等智能工作，从而大大地提高测绘人员的工作效率，使地形测量和测绘技术朝着智能化和自动化的方向发展。全球定位系统(GPS)、数字摄影测量系统(DPS)、遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和专家系统(ES)这5S技术的发展和相互结合，实现了地理信息的动态监测和诊断，并能够将获取的信息进行共享，从而提高工作的质量和效率，这些都是使地形测量和测绘技术朝着智能化和自动化方向发展的关键。

3 结论

随着计算机技术、网络技术的快速发展以及测量仪器的智能化和系统化，地形测绘技术也发生了巨大的转变，从传统的测绘技术向3G技术、数字摄影测量技术以及人工智能化方向的发展，推动了测绘自动化技术的活跃和革新，从而使地形测量更加快速、简单和精确。尤其是人工智能和专家系统在未来地形测量和测绘技术中将有着不可估量的应用前景，它们将引领地形测量和测绘技术的走向一个新的领域。

参考文献

[1]刘坤，广兴宾.RS 遥感技术简介和应用[J].林业勘查设计，2002，2：59.

[2]吴贵才.地形测量出版社[M].中国矿业大学出版社，2005：2.

[3]李淑燕.浅谈数字化测绘技术和地质工程测量的发展应用[J].科技信息，2009. 25：37.

[4]张德军，皱顺平.浅谈土地测绘技术的发展[J].山西建筑，2009，35(29)：355-356.

[5]范文琦.GPS和GIS技术在1:1万土壤地球化学测量中的应用[J].中国科技信息，2008，23：40-41.

[6]王军胜.关于在工程测量中运用AutoCAD的重要性浅析[J].黑龙江科技信息，2008(20).

[7]何昌华.浅谈测绘新技术在工程测量中的应用[J].建材与装饰(中旬刊)，2008(3).

自动测量篇3

关键词：断电自感实验；自感电动势；自感电流；定量测量；理论与实践

高二物理“自感”这一节中有一个断电自感实验，实验中可以让学生对比观察到断电时小灯泡不像平常那样立即熄灭，而是逐渐变暗，或者闪亮一下再逐渐变暗，这是因为线圈产生了自感电动势。很多人都想对这个实验中线圈产生的电动势进行定量测量，以便直观说明小灯泡的亮暗变化。为此，很多实验方案被设计出来，相应的很多文章也发表了。我经过大量的实践和分析，发现其中不少方案存在科学性错误。出现错误的原因：（1）众多实验方案各自为政，缺少对比，以致没有发现存在的问题；（2）没有结合相关的理论来指导实践。限于篇幅，我结合比较典型的两例阐述我的观点，希望能提供给读者以参考，并愿意与同行们共同研究，少走弯路。

例如，比较早的有《物理教学》1987年第11期：“用示波器定量测试断电自感电动势的大小”中，作者认为灯泡仅凭亮暗变化来说明过于定性，为使该实验效果更好，采用示波器代替小灯泡，既可定量地测出自感电动势的大小，又可看出自感电动势的方向。演示时，把原来接小灯泡的两根引线分别接到示波器的“Y输入”和“地”……”（为方便后面叙述，称之为例1）

其次，我们都知道，为减小测量误差，我们对测量仪器有一定的要求，比如电压表内阻要尽量大，电流表内阻要尽量小。对于示波器，除了有电阻的影响外，还有电容的影响。我们希望示波器输入电阻尽量大，输入电容尽量小，从而减小对被测量电路的影响。一般示波器技术指标输入电阻为1 MΩ，输入电容为20 pF。测量误差是难免的，但本文所要论述的已不是通常意义上的使用测量仪器进行测量时存在的允许误差问题，而是测量方案在设计思路上就已经存在的错误！

可能有读者会问，如果小灯泡不拆掉，示波器直接并在小灯泡两端测自感电动势行吗？当然不行（这一点作者是考虑到了，否则不会用替换）！因为自感电动势要靠非静电力让电荷移动并积累形成的。如前所述，自感电动势也是以指数函数规律在减小，其峰值存在的时间极短（其实就是一个时刻），如果小灯泡始终接通的话，电荷还来不及积累到足够多就在静电力作用下通过灯泡回路放掉了，示波器即使是理想的也测不到电动势的峰值的。

小结：若小灯泡拆掉了，自感电动势就不是原来状态下的值（已千差万别，因为条件已被极大地改变），而灯泡不拆掉电荷又无法积累至电动势所对应的足够的量，这是一个不可调和的矛盾。意识到这一点的话，就会知道作者直接测自感电动势方案的整体设计思路是行不通的。

结合一下例1我们会更明白：从阻值较小的小灯泡，到阻值很大的示波器，再到相当于阻值无穷大的断路（开关断开），自感电动势峰值I0R就相应从很小，到很大，再到无穷大！意识到这一点的话，同样就会知道例2作者的整体设计思路也是行不通的。

当然，我们刚才分析的电动势理想值为无穷大，实际上并不会无穷大，影响的因素很多（如开关的断开不够干脆、电磁辐射等），但主要还是电容的影响。我们知道，即使电路完全断开，但断开处依然会形成一个小电容（实际上不仅仅这一处，任何两个导体之间都可以形成电容）。自感电动势的形成要靠电荷积累，本质上就需要电容，但是只要电容有一定的大小（哪怕再小），充电过程都会使自感电动势峰值被削减（就像水坝会削减洪峰一样）！这同样是一个不可调和的矛盾。

通过上述分析我们知道，实验电路所用开关的形状、从图1到图2引入的氖管（有比较靠近的两个极板），以及图3的二极管和氖管，甚至做实验所用导线的粗细，都会形成大小不一的电容（包括例1中的示波器也存在输入电容），都可能已经极大地削减了自感电动势的大小，使得感应电动势峰值并不是理想情况的无穷大，以至于给实验者造成感应电动势是有限大的某一个值的错觉，因而想把它定量测出来。当然与例1类似的，不同器材同样带来的影响不同，对同一个电路测得的值也可能大不一样。同样的，如果作者能把不同器材测量的结果进行对比，并注意到不同器材测量结果可能存在着巨大差异的话，也就能早点发现问题。

可能还有人认为例2不一定是测峰值，而是测平均值行不行呢？那我们要看到，一个理想峰值无穷大、以指数函数规律减小的量，同时理论上时间也可以无穷大的过程，那是要测哪一段时间内的平均值呢？

综合以上分析可知，定量测量例2中图1的自感电动势的值（理想峰值无穷大）是没有意义也是不可能的，各种方法测得的值只是受到了各种外加影响后综合起来的一个结果而已。而例1中小灯泡没拆掉的情况下线圈的自感电动势峰值则是确定的，虽然不能直接测量，但我们可以结合理论知识间接地测量，只要测出I0及小灯泡和线圈的电阻R和RL，就可以间接得到自感电动势峰值为I0（R+RL），以及任意时刻的瞬时值I0（R+RL）e。

自动测量篇4

关键词：籽棉回潮率；测量装备；试验研究

棉花作为新疆的支柱产业，对于新疆的经济建设具有重要推动作用和战略意义。籽棉收购作为棉花产业链的重要环节，对于稳定棉花市场、保障市场供应具有重要作用。已采收的籽棉通过运棉车装载运送至棉花加工厂进行交易，其回潮率的测量是籽棉贸易结算的重要依据，影响着交易双方的经济利益，是交易双方关注的焦点。但目前此过程的进行还依靠人工利用手持式籽棉回潮仪进行测量，存在的以人力为主、测量数据人为误差大、测量方法不够规范、劳动强度大、自动化信息化程度低等问题，制约了新疆棉花加工厂籽棉交易自动化和智能化的发展。因此，研究一种籽棉回潮率自动测量装备，可多点多层次的测量籽棉回潮率，并具有对采集的数据进行记录、统计、储存等功能，是籽棉回潮率自动化测量的发展方向之一。本研究根据前期设计的籽棉回潮率自动测量装备，完成了物理样机的搭建，并进行试验研究，验证了理论设计的可行性，确定了整机工作性能参数，为进一步完善和优化装备奠定了一定基础。

1 整机工作原理

籽棉回潮率自动测量装备包括机械系统（机械装置极其控制系统）和信息管理系统，机械系统用于装卡回潮率采集仪器，并带动其在三维空间里自由动作，实现采集仪器的随机定位；信息管理系统用于采集仪器测量结果的显示、统计、储存和查询等，实现测量结果的信息化管理；从而集成一套能够快速测量多点、多层次运棉车内籽棉回潮率的自动测量装备，可以降低人力测量所引起的误差，实现运棉车内籽棉回潮率的自动化测量。

工作时，运棉车合理停至于机械装置（图1）下方――运行机械装置控制系统人机操作界面（图2）――点击总开关（设备通电，准备启动）――点击开始测量按钮（系统产生X、Y方向上运动的随机值，并赋予PLC，实现X、Y方向的随机运动，X、Y方向运行完毕后，Z方向上开始定量运动，从而使回潮率采集仪器插入运棉车内，进行数据采集）――系统停顿30秒（即Z方向运动完毕，籽棉回潮率采集仪器插入运棉车内，运行信息管理系统（图3），点击采集数据――点击数据采集界面的开始采集按钮（图4）――测量结果通过蓝牙传输至信息管理管理系统的数据采集界面，后续可进行统计、保存、查询、打印等操作）――测量仪器从运棉车内抽出，设备归为初始状态，运棉车开出机械装置，完成本次运棉车籽棉回潮率的测量，等待下次测量，设备操作流程如图5。

2 物理样机的实现

籽棉回潮率自动测量装备物理样机的实现，主要包括机械装置及其控制系统的搭建。机械装置的机架采用80×80×5的型钢制成，丝杠采用45号钢制成，螺母采用35号钢制成，其余零部件采用普通碳钢制成，驱动电机采用Y系列三相异步电动机Y90S-4：额定功率1.1千瓦、满载转速1400转/分钟、额定转矩2.3牛米，减速器采用微型蜗轮蜗杆减速器NMRV-063-7.5-DZ1-Y1.1KW-4P-B1：中心距为63毫米、速比为7.5、单输出形式。根据Solidworks设计模型，输出机械装置工程图纸，进行零部件的加工制作，在此基础上完成了机械装置的安装、调试。

机械装置控制系统从PLC、交流接触器、熔断器、行程开关等硬件选择，到电机控制原理图、I/O分布与外部接线图的绘制，以及控制系统实现程序的编写，实现了控制系统硬件的搭建。

集成机械装置及其控制系统，完成籽棉回潮率自动测量装备物理样机的搭建（图6），测量装备的外形尺寸如表1。

3 试验研究

3.1 试验目的

试验研究是机械设计、加工制作、安装调试、改进优化必不可少的组成部分之一。籽棉回潮率自动测量装备的设计以采集效率高、可靠性高为目的，本次试验的目的是检验籽棉回潮率自动测量装备的单车测量时间、测量精度等性能参数是否满足技术要求。

3.2 试验准备与条件

（1）本次试验所采用的仪器、仪表应首先检验是否符合试验所需精度，其次应检验所用仪器仪表是否合格并在有效的使用期限内。测试用主要仪器仪表见表2。

（2）空载（无实物）试验时应保证机械装置内无人员或其他障碍物，以免伤人伤物和损坏设备。

（3）满载（有实物）时，满载运棉车车厢尺寸应满足表3。

（4）对测试期间出现的一切异常现象，均应详细记录。

（5）试验条件如表4。

3.3 试验方法

目前国内未见籽棉回潮率自动测量装备试验方法行业标准，本试验方法的设计参考GB/T5667-2008《农业机械生产试验方法》以及GB/T 5262-2008《农业机械试验条件测定方法的一般规定》，同时结合籽棉回潮率自动测量装备的结构特点、工作原理、设计参数以及作业性能，制订籽棉回潮率测量装备试验方法。选择单车测量时间、测量精度作为试验指标。

3.3.1 单车测量时间 单车测量时间是指本次运棉车从停至于测量装置下至测量完毕开出测量装置时所需的时间。该时间影响到装置是否能满足实际生产需求，单车测量时间单位为秒。

3.3.2 测量精度 测量精度是指整机采用机械驱动讲采集仪器插入运棉车内测量的结果与手动插入测量存在的差异，测量精度可按式（1）进行计算。

（1）

式中：a为测量精度（%）；A为机械驱动测量值（%）；A0为手动驱动测量值（%）。

3.4 试验结果分析

在前期空载调试（图7），确定整机性能无误后，进行了测量装备的验证试验（图8）。

本次验证性试验共进行了20组，单车测量时间和测量精度的试验数据如表5和表6。

根据试验数据分析计算，可得整机性能参数（表7）。

试验结果表明：（1）集成机械装置、机械装置控制系统以及信息管理系统的籽棉回潮率自动测量设备是切实可行的，且采集效率高、运行可靠，能够实现运棉车内籽棉回潮率多点多层次的测量，提高了采集效率、降低了劳动强度。（2）整机的实际性能指标能够满足理论设计的要求，验证了理论设计的可行性。

4 结论

本研究基于籽棉回潮率自动测量装备的虚拟样机的结构设计和性能分析，进行了物理样机的搭建；为验证理论设计的可行性（技术要求：单车测量时间≤240秒，测量精度≥98%）和整机工作性能参数的确定，严格按照整机操作规程，以技术要求的两个指标为试验指标，进行了试验研究，试验结果表明：单车测量时间为228秒，测量精度为98.9%，满足设计要求，验证了理论设计的可行性，为整机性能的进一步优化，实现籽棉回潮率的自动化和智能化的测量具有重要意义，为将研究成果最终推向市场奠定了基础。

自动测量篇5

[关键词]交流采样 自动校验 实时 精准度

中图分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0141-01

一、简介

随着电力调度自动化技术的发展，厂站端信息采集、处理方式有了很大的变化，大量采用了交流采样测量技术，而电网自动化水平的不断提高，交流采样测量装置广泛应用于发电厂和变电站的远动、继电保护、综合自动化等系统，并以较快的速度增长，它是以交流数字采样为基础的新型测量装置，集保护、测量、控制于一体， 具有数字显示直观，实时性强、精确度和稳定性好、数据共享、适于数字化数据传送等优点。

交流采样测量装置它是采用模块化结构，综合测量参数，时实采集测量数据，具有实效性，这样就要首先保障数据传统的可靠性及准确性。交流采样测量装置的检测方式分手动、半自动和自动三种方式（手动：完全采用人工校验点并记录相关数据;半自动：标准检定装置与计算机连接，人工选择校验点实现交流采样测量装置基本误差的检测、检测报告和原始数据的自动打印。自动：标准检定装置与被测装置及计算机连用，实现交流采样测量装置基本误差的全自动检测、检测报告和原始记录自动打印），现在大多数检测人员对交流采样测量装置的校验工作，一般都是通过大量繁杂的数据记录和繁琐的数据运算来实现，耗费大量的人力和精力，工作效率低下。我们此项目可以通过计算机控制程序，校验装置可对交流采样装置和遥测精度进行自动或半自动校验，大大降低了检测人员的工作强度。

二、背景

工作人员在变电站工作时，经常遇到测量数据与后台数据与远方数据不一致，或者数据无法传输等情况，而交流采样测量装置自动校验功能在交接试验初期完成后能大大减少此种现象，降低误差率及缺陷率，预试时大大提高工作效率。

交流采样测量装置自动校验功能的研制及开发，解决了变电站交流采样测量装置繁杂的数据记录和数据运算;降低了交流采样测量装置过程中的人力和所费的精力，提高了装置校验的工作效率。

目前，交流采样测量技术的普遍应用，部分或大部分地取代了以往仪器仪表的功能。但必须充分认识到，所有这些新技术、新材料、新工艺的应用，不能取代对设备的检验工作。

三、交流采样测量装置的定义及功能

应用交流采样技术实现对电量参数测量的装置，称为交流采样测量装置。它的定义是：把电压互感器和电流互感器的二次电流、电压、频率经数据采集、转换、计算后，再把各电量量值（电流、电压、有功功率、无功功率、频率、相位角和功率因数等）转变为数字量，以约定的通信方式传送至本地或远端的装置显示或存储。

交流采样测量技术使被采集的电量参数应用非常广泛，可以实现电量参数的测量、电能的计量、继电保护综合自动化控制、远方设备状态信息的监视（遥信）、远方传输被测变量的测量值（遥测）、远方完成改变运行设备状态的命令（遥控）、远方完成对具有两个以上状态的运行设备的控制（遥调）、数据存储等。用交流采样技术组成的装置很多，名称叫法不一，如：交流采样远动终端设备、智能化单元、厂站测控单元、功角测量装置、高压监测设备、保护测量一体化装置等。

四、交流采样测量装置的工作原理

交流采样测量装置是将工频电量量值电流、电压、频率经数据采集、转换、计算的各电量量值（电流、电压、有功功率、无功功率、频率、相位角和功率因数等） 转变为数字量传送至本地和远端的装置。交流采样是将电流互感器二次电流与电压互感器二次电压值，分别经交流采样测量装置内互感器， 再次转换为弱电流及电压信号， 通过一个叫采样保持器的元件（其功能是实现多个信号同时保存，以保证电流、电盒藕挪裳时刻的一致性）的采集，再经模/数（A/D）变换， 连续的交流电压、电流信号被数字化后， 转换为 CPU 可以识别的数字信号（即数字量），通过数据线传送给 CPU，计算出电流、电压、电网频率及有功功率、无功功率等电量并存储在记忆元件中， 以特定的通讯方式（通常称为规约）在读取数据的控制命令配合下传送给 RTU。通讯规约方式，一般分为问答方式（如 103、104 规约），或循环发送方式（如 CDT 规约）等。

五、交流采样测量装置的内容

交流采样测量装置是采用交流采样测量技术的远动终端设备，智能化单元、厂站测控单元、功角测量装置、高压监测设备、保护测量一体化装置等测量控制装置。

交流采样测量装置的工作原理是将工频电量量值电流、电压、频率经数据采集、转换、计算的各电量量值转变为数字量传送至本地和远端装置。

交流采样测量装置的自动校验系统由组成见图1：

交流采样测量装置分实负荷和虚负荷校验。

实负荷校验：交流采样测量装置的在线基本误差校验是指在运行的交流采样测量装置中，使用标准装置与运行工作状态下的交流采样测量装置在线测量比较。其方法是将标准装置与被校验的交流采样测量装置的电流回路串联，标准装置的电压回路与被校验的交流采样测量装置并联，在电网的实际电压、电流、功率因素和频率下，把标准装置与运行工作状态下的交流采样测量装置在线测量比较，校验交流采样测量装置的基本误差。

虚负荷校验：是指使用标准校验装置对现场的交流采样测量装置实施在停电状态下的校验。

自动校验时，只需要将装置的RS232通信接口、交流采样装置的RS232通信接口分别与计算机连接好，将装置的电压电流输出对应接入采样装置的输入端，通过计算机读取装置输出的标准值和交流采样装置的测量值，进行比较，自动取得误差，大大地降低了检测人员的工作强度。其操作为：在“校验方式”处选定“自动”，装置将按设定好的检定项目，依次自动检定被设备各试验点的误差。自动分析，并在数据库中搜索此线路相关数据内容进行比对，也可手动生成报告。由于各类采样装置的通信规约各不相同，自动校验的程序也不相同，因此，自动校验的程序需要根据现场实际情况而定。

实现交流采样测量装置的自动校验可以解决运算繁杂的过程，降低人为误差。

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

目前市面交流采样测量装置自动校验功能的使用尚处于空白，一般都是采用的半自动的方式进行校验

在现场实际试验条件允许的情况下，接入试验。下面是我们在××药厂试验的情况：

我们可以看到232通讯口有两个，接线完毕后设置校验程序，自动校验，比对数据。减少人员运算数据的时间，及手动变换测量点的时间。

六、推广

此项目的试验需要在调试初期一次完成，现管辖变电站均是投运后运行一年的设备，不具备此类试验条件。由于各厂家的通讯规约不同或时间段不同出厂的产品采用的通讯协议不尽相同，因此要全面推广实现全自动校验还存在一定的困难。

如若在系统内的新建变电站中大力推广交流采样测量装置自动校验，必将大大提高监测数据的精准度，为电网数据远程监控提供更加准确、可靠的实时数据。

参考文献：

自动测量篇6

关键词：自动土壤水分站；体积含水量；实时数据质量控制；内部一致性；空间插值

中图分类号：S152.7 文献标识码：A

1引言

随着我省自动土壤水分观测站网的建立，传统的每旬逢8日人工取土烘干称重法测墒将逐步被自动土壤水分测墒取代。自动土壤水分观测仪可以方便、快速的在同一地点进行不同层次土壤水分观测，获取具有代表性、准确性和可比较性的土壤水分连续观测资料，可减轻人工观测劳动量、提高观测数据的时空密度，为干旱监测、农业气象预报和服务提供实时的土壤水分监测资料。随着自动土壤水分资料的广泛应用，其质量倍受关注。

目前，国外有许多学者对气象实时资料质量控制方法做过研究[1]，我国王海军等[2]、任芝花等[3]对自动站实时资料做过质量控制，这些研究基本针对气温、地温、相对湿度、气压、风速等要素，然而对自动土壤水分站实时水分资料进行系统的质量控制没见文献报道。

本文对台站上传的每小时整点的体积含水量数据在省级进行实时和自动的质量控制方法进行探讨。

2质量控制要素选择

3数据质量控制码的规定

4.4内部一致性检查

各层土壤体积含水量之间没有明显的大小关系和等式关系，且目前对土壤水分的垂直变化趋势的研究都是从长时间尺度的气候学角度入手[7] [8]，对短时间尺度如1小时变化趋势的研究还没有展开，加之传感器的标定会受人工对比观测误差的影响，测值可能存在粗大误差，这也是目前自动土壤水分数据质量控制没有实质性进展的重要原因。通过对本省2009年7月至2011年8月的各站8层土壤体积含水量的分析，各层水分的小时变化值（绝对值）有一定的规律，在有无降水和灌溉条件时，一般表现为表层（0～30cm）的水分小时变化值大于中层（30～60cm）的水分小时变化值，而中层的小时变化值又大于深层（60～100cm）的小时变化值。本文将上一步时变检查所用的各层水分一小时变化值取绝对值作为内部一致性检查的输入值，分别将第1层与第5层、第2层与第6层、第3层与第8层、第4层与第10层的水分时变绝对值进行大小比较，如果值为正，则两层的质量控制码都置为0（QC5=0），否则置都为1（QC5=1）。考虑到地下水位较浅的地区，其土壤水分受地下水影响而出现测值波动较大的情况，因此内部一致性检查不对测值作错误标识。

4.5空间一致性检查

土壤水分的地理空间分布具有连续性和相关性，因此可采用空间插值方法的空间一致性检验。根据插值原理，对于被检站被检时次的水分值，可用邻近参考站的数据来估计被检站数据xp，再根据观测值与估计值差值大小和阈值的比较结果，确定数据质量控制码。

6结束语

1）利用多种质量控制方法，对安徽省82个自动土壤水分站每小时整点的数据进行实时质量控制，整个算法流程3分钟内可执行完成，能保证实时运行的时效要求。

2）通过对安徽省2011年 4月到7月共4个月的体积含水量数据的质量控制，错误数据检出率为1.49%，和通过自动土壤水分客户端浏览软件进行人工判别数据质量的方法相比，质控结果基本一致，但效率更高。

3）通过对错误数据的分析，参考相应的物理工程量，可以检测出自动土壤水分站运行状态，从而亦可实现土壤水分站的实时监控功能，对设备保障起到关键作用。

4）目前台站都没有地下水位观测资料，无法反映地下水对土壤湿度的影响，因此未来将引入地下水位观测数据，对算法作进一步完善，以适应业务运行的要求。

参考文献

[1]MARK A. SHAFER， CHRISTOPHER A. FIEBRICH， AND DEREK S. ARNDT. Quality Assurance Procedures in the Oklahoma Mesonetwork[J].Journal of atmospheric and oceanic technology， 2000， 17： 474-494.

[2]王海军， 杨志彪， 杨代才，等. 自动气象站实时资料自动质量控制方法及其应用[J]. 气象， 2007， 33（10）： 102-106

[3]任芝花， 赵平， 张强，等. 适用于全国自动站小时降水资料的质量控制方法[J]. 气象， 2010， 36（7）： 123-132

[4]气象行业标准. 自动土壤水分观测规范[S]， 2011.

[5]气象行业标准. 地面气象观测资料质量控制[S]， 2009.

[6]任芝花， 许松， 孙化南，等. 全球地面天气报历史资料质量检查与分析[J]. 应用气象学报， 2006， 17（4）： 412-418.

[7]马柱国， 魏和林， 符淙斌. 中国东部区域土壤湿度的变化及其与气候变率的关系[J]. 气象学报， 2000， 58（3）： 278-287

[8]Wu Wanru， Geller M A， Dickinson R E. The response of soil moisture to long-term variability of precipitation[J].Journal of Hydrometeorology， 2002， 3：604-613

自动测量篇7

【关键词】地形测量；测绘自动化；发展趋势

引言

随着我国经济的快速发展，工程项目的建设和改造增加，需要对工程地形进行测绘，传统的手工测绘技术已经不能满足我国现代化建设的需要。随着地形测绘自动化技术的引入，将对于加快工程建设、资源合理规划利用、城乡规划与管理、自然灾害动态监测与防治等有重要意义。

一、地形测量测绘的概述

传统的地形测量是利用模拟方法测定和推算地面及其外层空间点的几何位置，确定地球形状和地球重力场，获取地球表面自然形态和人工设施的几何分布以及与其属性有关的信息，编制全球或局部地区的各种比例尺的普通地图和专题地图，为国民经济发展和国防建设以及地学研究服务。

现代测绘技术是利用卫星携带的传感器和地面上的各种测量仪器获取空间数据，通过信息技术和数字化方法，利用计算机硬件和软件对这些地理空间数据进行测量、处理、分析、管理、显示和利用，达到地理信息测绘自动化，其中地理测绘最先进的技术是“3S”技术，即GPS、GIS和RS。

二、GPS、GIS和RS测量技术

1.全球卫星定位系统（GPS）

GPS系统包括三大部分：空间部分（GPS卫星星座）、地面控制部分（地面监控系统）和用户设备部分（GPS信号接收机）。其测量原理为R是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。

2.地理信息系统（GIS）

地理信息系统在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数。

3.遥感技术（RS）

遥感（Remote Sensing），通常是指通过某种传感器装置，在不与研究对象直接接触的情况下，获得其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术。其图像处理过程纠正（包括辐射纠正和几何纠正）、增强、变换、滤波、分类等，图像纠正用来消除图像畸变；增强是为了改善图像的视觉效果，包括亮度、对比度变化以及直方图变换等；通过滤波消除图像中的噪声（低通滤波），并提取一些线性信息（高通滤波）；变换是为了对图像主要成分分析；分类是为了提取各种信息。遥感技术主要用来测绘地形图、制作正射影像图和经专业判读后编绘各种专题图。使用现时的遥感图像补测和修编地形图和地图，以及在一些特殊条件下，如云覆盖、森林覆盖、水下、雪原上测绘地形图等。所测绘的地形图或地图已是数字形式，通过格式变换直接存入GIS的数据库，修测的内容可以更新GIS数据库。

三、自动化技术的集成技术

1.GIS与GPS的结合

地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）集成，GIS系统接收GPS接收机发送的GPS数据（一般是通过串口通信），然后对数据进行处理，如通过投影变换将经纬度坐标转换为GIS数据所采用的参照系中的坐标，最后进行各种分析运算，用于环境参数的定性、定量分析及动态变化分析，得到周边的定位信息。除此之外，还可以测量区域的面积或者路径的长度。该过程类似于利用数字化仪进行数据录入，需要跟踪多边形边界或路径，采集抽样后的顶点坐标，并将坐标数据通过GIS记录，然后计算相关的面积或长度数据。

2.RS与GPS的集成

传统的空中三角测量，需要依靠人工选点、转点，并通过人工测量获得相片上的地理坐标然后通过GPS技术获得满足条件的控制点。随着RS与GPS的集成，利用机载GPS接收机与地面参考点的GPS接收机同时、快速、连续地记录相同的GPS卫星之信号，同时在机载GPS接收机记录数据中加入摄影瞬间的时标信号。经过软件处理，获得摄影瞬间GPS天线相位中心的三维坐标，获得摄影瞬间GPS天线相位中心的三维坐标。

3.RS与GIS的集成

遥感和地理信息系统中，遥感数据是GIS的重要信息来源，而GIS则可以作为遥感图像解译的强有力的辅助工具。遥感系统采集地理信息，GIS对遥感系统采集的图像进行几何纠正和辐射纠正，并根据图像的特征记性分类，还可以对感兴趣的区域进行筛选。

4.“3S”集成技术

“3S”集成是将GPS、RS、GIS三种对地观测新技术及其他相关技术有机地集成在一起的技术。将卫星、GPS接收仪采集的数据，地理信息系统作为平台，搜集、管理和分析信息和处理数据，并将处理好的信息显示表达出来。 “3S”集成包括空基3S集成与地基3S集成。空基“3S”集成：用空-地定位模式实现直接对地观测，主要目的是在无地面控制点（或有少量地面控制点）的情况下，实现航空航天遥感信息的直接对地定位、侦察、制导、测量等。地基“3S”集成：车载、舰载定位导航和对地面目标的定位、跟踪、测量等适时作业。

四、地形测绘技术的发展趋势

1.自动测量的高效化、精确化

随着传感技术精度的不断提高，“3S”集成软件不断更新和完善，不断提高测绘软件系运行效率和功能。随着网络技术、无线技术的技术进步，提高数据的传输能力，提高分布式多用户间的数据传输速度，实现测绘技术的高效化和数字化。不断改进“3S”集成技术的测量方法和测量手段，提高自动测量的精度 ，同时提高GPS接收机等机收信号仪器的分辨率，使地形测绘向精确化发展。

2.人工智能化的发展方向

随着计算机技术、人工智能技术与测绘技术的相互交叉，计算机模拟人脑对数据信息进行处理，极大提高处理数据、图像的效率，同时处理后的数据又存入专家系统的数据库，提高专家系统的“智能水平”。计算机利用专家知识模拟人脑思维，对整个测绘流程严格控制，对采集数据并执行相应的推理、分析和处理，通过网络共享技术，实现信息资源共享，实时动态监测诊断，提高效率和质量，是测绘技术通向实时化、自动化和智能化的测发展方向。

五、小结

地理信息系统（GIS）技术与遥感（RS）、全球定位系统（GPS）技术在测绘界的广泛应用，为测绘与地图制图带来了一场革命性的变化。随着“3s”技术及相关技术的发展，将会对测绘业产生重大的影响。

参考文献：

[1]原峰，王干干.浅析地形测量测绘自动化技术与发展趋势[J].江西建材，2014（03）.

[2]陈景伟.测绘技术自动化在地形测量中的应用及发展[J].民营科技，2014（01）.

自动测量篇8

[关键词]桥梁挠度；自动测量；综述 文章编号：2095-4085（2017）05-0036-02

目前，桥梁挠度的人工测量法主要有百分表测量法、精密水准仪测量法和全站式测量法等。但人工测量法耗时长、效率低，且有不少现场的局限性。随着测量技术的发展，出现了不少自动测量技术，本文将对这些测量技术的原理、操作注意事项及应用情况等进行综述。

1连通管测量法

这种测量方法是利用连通管原理，在桥梁的基准点和各测量点处安装好连通管，根据连通管内液面高度的变化以获得桥梁挠度的变化。桥梁的梁体在荷载物的作用下发生变形时，固定在梁体上的水管会随之移动。此时，各竖直水管内的液面将与基准点处的液面保持在同一水平面，因而各测点处的竖直水管中的液面会发生大小不等的相对移动。根据测得的这些液面的相对位移量，即可计算出被测点的挠度值。进行测量时，需要基准点处放一个大容积容器，再将各连通管接入，并在基准点和各测量点安装挠度传感器。通过计算基准点和测量点挠度传感器的数据差，即可计算出测量点的挠度值。连通管法，曾在2004年检测过岳阳洞庭湖大桥。其优点是可靠、易行。由于这种测量系统是全封闭结构，可以避免灰尘、湿度和雾天对测量造成的影响，可以长期使用。但需要注意以下情况：（1）连通管中不能存在气泡，否则挠度值会不准；（2）连通管中的液体不能有杂质，因杂质会造成通管道阻塞；（3）在环境温度降到凝固点后，连通管中的液体会发生冻结现象，因而无法测量出数据；（4）如果连通管中液体挥发过多，挠度传感器就接触不到液体，数值为零。

2倾角仪测量法

倾角仪测量法的原理是利用倾角仪测得桥梁变形时几个截面的倾角，用数值积分的方法求得桥梁上任意一点的挠度值。这是由于桥梁的挠度、截面转角和中面曲率，都是微分和积分的关系，即梁挠曲函数的一阶导数就是梁截面的转角函数；二阶导数就是梁中面的曲率函数。中面曲率函数的一次积分就是截面转角函数；截面转角函数的一次积分就是梁挠度函数。当我们用倾角仪测出梁上若干指定点的转角值时，就可以画出截面转角沿梁长的近似分布图，或称之为近似的截面转角函数图，因为对转角函数的一次积分就是梁挠度函数，求出自起始点至梁上某点截面转角分布图的面积，就是该点的挠度值-z-。倾角仪测量挠度精确度较高，不需要静止的参考点，在对跨河桥、跨海桥、跨峡谷桥以及高桥的测量中，它能够进行多点测量，显示出很强的工程实用价值和广阔的应用前景。

3激光图像测量法

激光图像测量法是将激光测量法与成像式测量法结合来进行测量的一种新型挠度测量法。该系统主要由激光器、摄像机、图像采集卡、接收屏以及计算机组成。测量时，摄像机置于接收屏正后方不远处，从激光器发出的准直激光束照射在远处固定的半透射接收屏上形成一个圆形光斑。操作人员对于从摄像机输出的模拟视频信号采集后进行处理，得到接收屏上光斑中心的坐标位置。被测结构在外界环境影响下沿Y方向发生了挠度y，由于激光器固定在被测结构上，因而激光器也会随之发生位移，使得投射在接收屏上的激光光斑，也发生相同的位移量Y。通过计算机采集处理挠度变化前后两次的图片，比较容易计算出光斑在接收屏上中心位置的变化量，经比较能直观反映出桥梁被测点的挠度。新型激光图像挠度测量方法，用激光器作为位移信息载体，代替成像式测量法的光靶，可以进行远距离测量。既可以保留成像法的优点，又可以克服物距过远所导致的测量精度下降问题。在能够确保较高测量精度的情况下，可以实现大范围挠度测量。该系统尤其适于大型刚构密封梁体的多测点挠度测量，有较高的应用价值与发展前景。

4光电成像测量法

桥梁挠度光电成像测量系统，由发光靶标和光电数字摄像机两部分组成，测量时要把发光靶标固定在桥梁的待测部位，光电数字摄像机则要固定在桥墩上。发光靶标的图像会显示在光电数字摄像机成像系统的光敏面上。在载荷作用下，桥梁会发生位移时，发光靶标会随着桥梁的移动而产生位移，这就导致发光靶标在摄像机像面上所成像点的位置相应发生变化。据此，可计算出桥梁实际的挠度。为了使桥梁挠度监测数据更为精确，当地面亮度低时，可以使用发光靶标；当地面光亮度较高时，则可以用反射靶标来代替发光靶标。这样就使系统更加完善，可以对桥梁的挠度进行长期、在线监测。

5机器人测量法

测量机器人是将光电测距系统、伺服马达驱动系统、电子测角系统、影像传感器和自动目标识别机等整合于一体，它能够进行自动搜索并锁定目标，自动将获取的角度、距离、坐标及影像等信息资料记录下来。操作时，先在桥上安装目标棱镜，然后利用机器人测量出合作目标的几何信息，然后计算出桥梁的挠度值。使用机器人观测挠度时，仪器应尽量安置在靠近目标点的位置。后视点要布设在稳定的位置上，这样可以让检核仪器保持稳定。在条件允许情况下，应尽量布置在桥垮以外桥墩对应位置的桥面上，可以避免桥梁大幅震动对仪器电子器产生干扰。在加载之前，观测后视点A的标尺读数为ha，目标点B的标尺读数hb1；加载之后，再观测后视点A的标尺读数ha2，目B点的标尺读数hb2，则目标点的挠度值公式为：

f=（ha2-hb2）-（ha1-hb1）。

在具体操作时需要注意以下几方面：（1）测量机器人适且于跨径大、纵坡大的桥梁，其观测速度较高，精准度也较为可靠。（2）为了提高观测的精确度，可以对同一目标进行重复观测。目前，湖南大学已采用这种测量法对100多座桥梁的挠度进行了测试，它正在桥梁挠度测量中发挥着越来越重要的作用。

6结语

随着测量科学技术的发展，连通管、倾角仪、激光图像、光电成像以及机器人式等自动测量适用得越来越广，但它们各有不同的操作规范与适用范围。在具体操作时，要根据客观与主观的不同条件慎重选择，发挥主、客观优势，力争测出精确数据，并对挠度做出准确判断。

工信部、国开行支持开展水泥窑协同处置生活垃圾等固体废物项目建设

自动测量篇9

【关键词】自动化仪表测量；光电传输系统；光电技术；原理

1.前言

高科技技术以飞速度发展，越来越高的工业自动化水平，使得自动化控制技术应用的领域在逐步的扩大。伴随着微电子技术以及计算机技术的发展，测量仪器和技术也得到了最大水平的发展，先后研制出了很多的高科技、高智能的测量仪器。任何一台仪器都离不开计算机的硬件以及软件的支持，充分利用了其优势，使仪器的测量功能大大增多，技术性能也得到了大幅度的提高。对于一些电参数的测量，包括电压、电流、相位、功率等，因为有很多模拟指针式仪表的存在，例如电压表、电流表、相位表、功率表等等，虽然很多仪器有了较高的智能化，可是这些智能仪器只能以计算机为媒介实现数据基本的打印和处理工作，未能实现真正意义上的自动化测试，工作人员的工作量还是很大，很多工作都是通过人工完成，譬如测试点必须通过人眼进行瞄准定位，手动完成仪器的操作，这样的工作方式不但使工作效率低，而且使工作人员的工作强度较大，并且引入了大量的人为误差。为了减小测量工作的工作周期，降低工作人员的工作量以及提高工作效率，实现仪表测量的自动化是迫切需要解决的问题。

2.光电传输系统的组成原理

一般情况下，光电传输系统是由包括光源在内的发射电路、光纤和包括光检测器的接收电路组成。结构如图1所示。发射电路常常由信号处理、调制以及E/O即电光转化构成，发射电路的作用主要是使先将测量信号转化为便于调制的信号，再通过被调制好的信号使发光二极管工作，使电信号向光信号转化。通过光纤，光信号传至接收电路；通常情况下，接收电路由光电转换、信号的解调以及处理三部分组成，接收电路的主要功能是将通过光纤传进来的光信号通过光电转换装置还原为电信号，再由信号解调以及处理装置恢复成最初要被测量的电信号。光电传输系统通常使用由光电二极管以及发光二极管组合成的电光及光电转化装置，进行传输的光纤多采用多模光纤。

根据信号的调制和解调方式的不同，将光电传输系统分为三大类：模数转换方式、压频转换方式、调幅方式。详见以上结构图。

模数转换方式也被称为脉冲编码调制方式，就是信号将通过ADC即模数转换器来使光源工作，此时的信号为数字信号，低压侧两端将使数字信号通过数模转换器转换成模拟信号.脉冲编码调制方式的应用大大提高了光电传输系统的传输精度。对于不必将信号还原为模拟信号的电路其接收端的电路相对来说比较简单，不必对信号进行处理，直接将信号和计算机进行连接。因为脉冲编码调制方式对时序控制电路有要求，所以对应的电路系统比较复杂，并且导致传输的速度较低。可是这种调制方式易与数字式的仪表连接，所以在电力控制系统以及继电保护领域应用的较为广泛。

压频转换方式也被称为脉冲频率调制方式，就是通过对基带信号的模拟进行对载冲脉波调频，脉冲频率的变化规律通过基带信号的幅值变化规律进行观察，进而光源的光强通过脉冲调频信号进行调制。在低压侧一端，通过频压转换器解调脉冲信号。通过压频转换方式，存在于下文将要介绍的调幅方式中的温度稳定性以及非线性的问题能够有效的得到解决。并且不需要编码，较为方便的进行解调与调制，不管环境多么复杂都可以应用该系统。在中短途的传输中比较适合。此外，对于光电转换模块的输出，可以直接将数字信号进行输出，不必解调。处理之后的信号在微机单元里面进行应用。

一般情况下，调幅方式即是将要进行测量的信号可以不通过调制而直接作为光源的驱动信号，通过观察光信号的强弱来判断被测信号的大小，光越强，被测信号越大，反之就会越小，而且在与之对应的低压侧的接收电路，也是不需要解调电路的。此种方式的光电电路具有比较简单的结构电路，但是通过光纤的信号是模拟信号，一些外界因素例如噪音温度等将会对信号产生较大的影响，线性度比较低，稳定性相对来说较差，所以在实际应用时具有一定的难度。其适用在外界温度变化较小的环境里，且仅适合较短距离的传输。

3.光电技术在自动化仪表中实现方法及原理

要想实现测量电参数的自动化，首先要研制出可以实现人眼功能的仪器来代替人眼的测量，而且该仪器的性能和瞄准度一定要高，当前大多数使用的标准仪器例如标准源、标准表等都自带和上位机向连接的端口，在硬件方面，要想实现测量系统的自动化还是比较简单的，若将质量在不断提高的CCD器件看作是一个人眼仿真技术的标准，是完全能够实现电参数测量的自动化的。具体的结构图如图2所示。

3.1 利用光原理的成像系统以及分辨率较高的CCD

图3所示的为光学成像原理图，其体现的主要是通过远心光学系统，使被测量的仪表指针以及表盘映射到CCD器件的表面，通过驱动器的作用，CCD器件把指针以及表盘的相关信号传送给模数数据采集系统进行转换。传输的数据在存储器中以矩阵的形式进行存储，便于计算机识别成像数据。通常情况下敏单元的尺寸为10m×10m的。而1024×1024为面阵CCD的尺寸。此种照明方式为同轴照明，通过光源亮度的自动调节来实现的。使用16位的模数数据采集卡进行模数信号的采集，这种采集方式可以将非线性误差控制在0.006FSR以内，进行转换的时间不大于17微秒。

3.2 微机控制技术

当前的计算机控制技术可以被分为两部分内容，一部分是将VC语言作为计算机的操作平台，与数据库管理系统相结合共同构成了计算机控制系统的软件，控制方式如下：通过计算机对需要检测的指针表的测试点进行设置，譬如对于5安培的表，可以将五个点设置在20%、40%、60%、80%、100%处，分别对应着1到5安培五个点，然后通过计算机给标准源发出信号令电流进行平滑的上升，当指针与表盘的20%刻度向吻合的时候计算机将向标准源再次发出信号，令计算机对标准源上的数值进行读数，随之与1安培进行比较，得出误差，对测量的结果进行储存。当五个点都测试完以后进行测试证书的打印。

另一部分则是对数字图像的处理软件。首先计算机先对指针信号以及表盘刻度信号进行处理，通过中值滤波以及高斯滤波进行噪声信号的处理；利用CANNY算子对提取图像的边缘，可以对噪声的干扰进行抵抗，使得提取数据更加准确，采用灰度矩法的亚像素细分定位可以提高细分精度；为了达到更高精度的拟合度，可以将最小二乘法应用在图像拟合工序里面。经过了上面的数字图像化处理，可以使计算机的识别精度比人眼对刻线以及指针的识别精度高出五倍左右。

3.3 标准的三相交流源

这种交流源通常分成三个部分：（1）由精度较高的数字所合成的三相信号源。波形存储器以及数模转换器组成的精度非常高的三相信号源。通过脉冲调宽技术对信号源的调幅进行直流基准源的设计，对于信号源的相频的调制可以通过频率综合器、锁相环技术以及脉冲移相技术的设计来实现。将信号源作为标准，标准源的交流基准可以在较短的时间里使其稳定时间保持在20×10-6/3min；（2）电流及电压放大器内带有前馈控制：放大器的作用是将信号在幅值和功率方面进行放大，以便可以使自身能够带动功率为20瓦的负载，之所以将前馈控制技术引进来是因为此项技术为无差调节的技术，它对基准信号的准确跟踪不受任何负载变化的影响，始终保持放大器输入与输出信号的一致性；（3）矢量的采样：这是一种对全部信息进行采样的技术，不仅包括了信号中的相位信息，还包括了幅值以及谐波信息，这些都可以在采样完成后通过反馈控制送至控制回路。此种方案对标准源的研制结果在控制相位精度、时间响应和采用了计算式反馈以及有效值反馈所研制出的结果进行比较更符合自动化测量的要求。

4.尚未解决的问题

4.1 发射电路的供电问题

应用在较多领域中的光电传输系统均属于有源系统，高压侧的供电电源是否稳定影响到了整个传输系统运行的可靠性，当前所了解到的有源的给高压侧的供电形式主要有三种：（1）通过高压母线进行供电；（2）把低压侧的电能转化为光能，然后由光纤输送至高压端，再转为电能为系统供电；（3）通过电池进行供电。方法一存在的缺点是一旦流经母线的电流过小的时候电路就无法得到正常的供电，但是当流经母线的电流过大的时候又会使系统受到较大的冲击，此时电路极易受到损坏；方法二的性能虽然比较稳定，却受到激光输出功率的约束，尤其是受到光电转换效率的影响，所以提出了微功耗的要求。方法三存在的问题是因为电池所提供的能量有限，要求对电路进行设计时必须要考虑到供电控制，除此以外就是更换电池的工作比较麻烦。另外，其它的供电方式譬如说风能供电、太阳能受外界环境的影响比较严重，所以稳定性比较差。

4.2 传输过程中的抑制干扰问题

虽然与传统的传输系统相比较，光电传输系统具有较高的抗电磁干扰的能力，可是由于光电传输系统由发射和接收电路以及光纤三部分组成，为了保证系统的整体抑制干扰的能力均衡，要对电路进行加强，特别要注意高压侧的电路对电磁干扰的抑制能力。为了保证发射电路不受电磁的干扰，必须要做好发射电路的屏蔽工作，除此以外，还要对发射电路的电源以及与其相连接的导线的屏蔽给予高度重视。

4.3 运行过程中的稳定问题

系统的稳定性对处在环境较复杂的系统来说尤为重要，所以，长期运行的光电传输系统中的各个电子元器件的稳定性及可靠性亟待解决。

4.4 精度问题

要想使光电技术逐步的替代传统的传输技术，传输的精度是首要解决的问题，所以对于光功率波动的消除以及温度的变化等问题都要及时采取措施解决。

4.5 工艺加工问题

光纤、发光二极管以及光电检测器件都属于光电传输系统内的器件，这里面存在着较大的光纤与光源的耦合问题，所以，光电传输的工艺要求比传统的要求更高，除此以外，对工作中不可避免振动的抑制以及消除的要求也使得光电传输的工艺要求提升了一个水平。

5.结束语

光电技术应用在测量领域中已经有较长时间，伴随着光电技术的不断发展，自动化仪表中以点测量为主的自动化仪表也在慢慢地发生着变化，较高水平的功能技术使自动化仪表测量技术得到了更加宽广的发展领域，并且也促进了电参数测量方式的不断发展。虽然完全的自动化测量功能并没有在电能表测量中得到实现。但是当前的电子信息技术以及光电技术正在高速的发展着，自动化仪表测量的发展前景将会更加光明，并且逐步实现仪表测量的全自动化。所以，有必要在测量系统领域中给出更深入的探究，使自动化仪表测量得到发展，发挥光电技术的最大优势。

参考文献

[1]张旭忠.自动化仪表测量系统的开发与煤堆体积测量应用分析[J].总裁，2009（2）.

[2]王茂盛.自控温电伴热材料在仪表测量管线上的应用[J].石油化工应用，2007（5）.

[3]肖太民.自动化仪表的故障分析及维修方法[J].中国科技纵横，2012（1）.

自动测量篇10

论文关键词：自动测试系统，计量，量值溯源，计量策略

 

0引言

为了确保武器装备的准确性，需要对自动测试系统定期进行计量校准。而通常自动测试系统结构复杂、仪器种类繁多，如何有效的对自动测试系统进行计量校准成为计量领域研究的热点。1-2】。

1测试系统功能结构划分

针对自动测试系统的计量保障工程，首先应对测试系统内部各个功能进行模块化化分，充分利用自动测试系统内部资源。这样设计出的计量保障系统不仅在功能上才能够更加完善，而且其造价费用能够相对降低。

某型自动测试系统是以计算机为控制中心，通过矩阵开关，以接口卡／适配器为桥梁，协调分配各种测试资源，集控制、采集、处理、存储、分析、显示、打印于一体的综合测试平台。该型自动测试系统主要由总线模块，测试资源模块计量策略，测量模块，矩阵开关模块，控制器模块等几大模块构成。图1给出了某型自动测试系统内部功能结构模块示意图。

图1自动测试系统内部功能模块示意图

2计量保障系统结构划分

自动测试系统中通常只利用了仪器的部分功能，因此，设计计量保障系统时应当有针对性。不可能计量校准所有的模块结构。应该将计量参数的选择与实际应用紧密结合起来。在某型自动测试系统计量保障工程设计中，为了使设计的计量保障系统具有通用性，将系统分为以下两大功能模块。其一，计量校准模块；其二，计量资源输出模块。计量校准模块主要完成对自动测试系统关键指标的计量校准，计量资源输出模块可以提供在计量校准过程中需要的标准信号。

（1）计量校准模块：

① 电压测量模块，完成对交/直流电压信号幅值参数指标的测量。

② 周期/频率测量模块，用于检测相关波形频率、周期等参数指标。

③ 电阻测量模块，该模块为了在计量中产生精度相对较最高的电流模块。

（2）计量资源输出模块：

① 脉冲、三角波、正余弦输出模块，用于产生计量自动测试系统需要的标准信号。该模块可以利用自动测试系统内部校准过的资源产生，也可以利用外部计量保障系统产生。

②标准直流电压信号产生模块，用于产生较高精度的直流电压。图2详细给出了计量保障系统结构图。

图2 计量保障系统结构示意图

3某型计量保障系统设计中采用的计量策略

选择计量校准参数指标时，应该充分考虑测试资源实际运用情况。保证设计的系统具有高效性、完整性。在某型计量保障系统设计时具体采用了以下准则[6-8]论文提纲格式。

(1) 系统整体性原则

从计量角度上来看，并不关心测试系统内部是怎样进行各个信号转换、传输、修正以及补偿。这是测试系统设计工程师需要考虑的问题。我们所关心的是，自动测试系统中具体接口输出信号范围以及误差指标。

(2) 覆盖实际功能参数原则

计量校准的过程中，计量参数范围应该要覆盖测试中实际应用的参数范围，没有用到的功能参数可以不进行计量。对于通用仪器可以采用更高标准单独进行计量校准。

(3) 测试系统部分内部资源作为标准源

某型自动测试系统内部部分测试资源测试范围广且准确度高，可以利用系统内部测试资源进行互检计量策略，如ADC模块与DAC模块的互检，信号源与功率计之间，数字多用表与程控电阻等。计量校准中对部分资源先进行离站校准，然后利用自身高精度特性进行互检，保证系统形成阶梯溯源链。

(4) 无法检定的项目做功能性检查

部分测试资源和测试项目无法进行检定，通过测试设备自检进行整体测试和功能检查。

4计量指标的确立

如何确定合适的指标，确保系统形成有效的溯源链，是计量校准系统设计的关键，以下详细论述某型自动测试校准系统设计中指标确定方法。

(1)当传输通道对信号不影响或者影响不明显时，比如时间信号、频率信号等，应该按照UUT的实际情况来确定计量校准系统指标。

(2) 当某功能模块只是用于提供测试激励的情况下，TUR(测量不确定度比)最小值为1：1，应该按照提供激励信号的指标作为计量校准系统设计的指标[3-4]。

(3) 对于传输通道对信号有比较大影响的参数，按照GJB5109－2004中准确度部分的有关要求，分成了三种情况来确定系统指标设计。

①当被测试设备误差比测试资源大很多时，即TUR大于10：1，依据UUT参数指标按（大于或等于4：1）的 TUR得到总体技术指标。

②当被测设备误差稍高于测试资源时，即TUR介于4：1到10：1之间，可由测试资源的技术指标得到总体技术指标。

③若测试资源相关参数受传输过程影响较大，应考虑信号传输中间过程的影响，结合信号传输过程给出修正值并进行不确定度评定，按JJF1059-1999测量不确定度评定与表示的评定要求得到总体技术指标[5]。

某型综合计量校准系统的技术设计指标均按上述准则确定计量策略，经验证符合国家GJB5109－2004装备计量保障通用要求检测和校准、JJF1059-1999 测量不确定度评定与表示的评定要求。满足在计量有效期内（一般为1年），能有效溯源到国家基准。

5某型自动测试系统计量装置电源指标确定实例

为阐述某型计量保障系统设计中计量指标的确定过程，下面以系统设计中电源信号为例说明其计算过程。由于该型自动测试系统中电源信号在传输过程中的损耗较小，所以电源信号的不确定度来源主要是程控电源本身。从程控电源的技术说明书中可以得到电源本身的技术指标。电源信号作为一种激励信号，由测试维修设备程控电源提供，用来提供测试过程中所需的电源。根据上文给出的指标确定方法并且结合UUT的参数范围和最大允许误差，在表1中给出了计量保障系统电源信号总体技术指标。

表1电源信号总体技术指标

 

信号名称

电源信号

相关资源

程控交流电源

计量端口

阵列接口引脚：

A8×11:9、A8×2:13,14

资源参数

输出电压：0～120V

输出电流：0～6A

电压精度：0.02%

电压分辨率（有效值）：0.2V

最大电压误差（有效值）：±2V（在115V时）

温度系数：±0.02%/℃(满刻度)

稳定度：±0.015%(满刻度,恒定负载)

UUT指标

-16～28V