自动化基本原理范文

导语：如何才能写好一篇自动化基本原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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[关键词]自动化抄表；基本架构；工作原理；应用研究

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0311-01

随着改革开放后科学技术的不断进步与发展，智能仪表技术也在不断进步，不断地向数字化、智能化、自动化发展，自动抄表系统也在电力营销中得到广泛应用，因为自动化抄表系统具有采集控制终端可以随时了解用户用电情况、可以远距离控制用户的电表电源、采集控制终端运用新技术，耗电量极小、采集控制终端可以对二十四家用户的耗电量进行管理等多项特点，从而有利于减轻员工的工作强度，减小因人工抄表时的失误带来的误差等问题。

1.自动化抄表系统的基本架构

自动抄表系统是由集中器、数据传输通道、电能表、采集器、主站系统这五大主要部分构成，可以将它系统地分为硬件、软件和通讯系统三大部分，每一部分都具有其独特的存在理由和功能。

1.1 自动抄表系统的硬件系统

自动抄表系统的硬件主要是电压监测模块、控电模块、电能表、采集器、显示模块与数据集中器构成，每一部分都有其重要职能，可以准确对用户耗电实况进行测量、提取、控制和管理，并且能够对用户的电源开关进行远距离控制。

采集器可以与用户的电能表进行连接，获取用户最新耗电情况；数据集中器可以将用户的耗电情况进行集中， 并对其校检，然后将耗电情况传入数据库；电压监测模块可以实时对用户的电压情况进行监测，而且保障用户在用电过程中的安全问题；控电模块能够对用户的电源进行自动化开关，如用户出现因漏电等原因引起火灾等危及安全的情况或在进行电费的收缴时对用户的电源进行控制。

1.2 自动抄表系统的软件系统

自动抄表系统的软件系统则是指应用软件、硬件支撑系统和数据库，其中应用软件具有监管系统的平日工作，与电力供应集团建立联系的功能；硬件支撑系统具有远距离控制硬件系统进行正常运转，并对硬件系统进行维修和护理的功能；数据库具有对用户的耗电情况进行交流、借鉴、提取、校检的功能。

1.3 自动抄表系统中的通讯系统

通讯系统具有特别重要的作用，具有在硬件系统中、远距离控制终端机和数据库中进行数据的传入和输出的功能，不一样的通讯手段形成了不同的自动抄表，如485总线方式、电力线载波抄表、RS485总线无线抄表、RS485总线载波抄表和CATV网络远程抄表。

2.电力营销中自动化抄表系统的应用研究

通过调查不同用户的耗电情况和需求，对自动抄表系统进行进一步研发，研制出适用于不用环境的自动抄表，从而提高了电力营销水平和效率。

2.1 485总线方式

由采集终端、主站、电表、集中器构成的1485总线方式，运用RS485总线通信技术使集中器和采集终端间建立互联网，使采集终端与电表建立联系。485总线方式运用RS485专线通信，其特徵是抄表快速，通讯安全，确保二十四小时可以随时通讯，电表计量准确度高，致使在通讯的时候方便直观的提取电表上用户的耗电情况数据，从而不会发生因人工计量失误，然产生多次计量。但485总线方式也存在着不足之处，因为485总线方式必需修建通信线路，而修建通信线路的价格极高，因此只适合那些电表设置在一起、修建通信线路便利的地方。

2.2 电力线载波抄表

由载波式电能表、集中器、主站构成的电力线载波抄表，运用PSTN公用电话网实现主站和集中器间的远距离通讯；运用低压电力线载波通讯技术实现集中器与电表的计量间建立互联网进行联系；运用一体化的电力线载波表，电表的计量准确度高，致使在通讯的时候方便直观的提取电表上用户的耗电情况数据，从而不会发生因人工计量失误，然产生多次计量。因为电力线载波抄表运用电力线载波通信技术，不需要修建通信线路，只需要载波表连接电源就可以进行使用，安装方便、以后的维修护理提供便利，但由于有不间断的噪音和信号强度变化幅度大，不能确保在任何时候进行通信等问题，因此目前只适合于不需要远距离供电的、电表安装不集中的，修建困难的贫困、落后地区。

2.3 RS485总线无线抄表

由无线数字采集终端、主站、RS485电能表、无线集中器构成的RS458总线无线抄表，运用PSTN公用电话网实现主站和集中器间的远距离通讯；运用短距离无线通信实现集中器和采集终端间进行短距离的无线通信；运用RS485总线技术实现采集终端、电表的计量间建立互联网进行联系；运用一体化的电力线载波表，电表的计量准确度高，致使在通讯的时候方便直观的提取电表上用户的耗电情况数据，从而不会发生因人工计量失误，然产生多次计量；运用RS485总线，可以与用户的电表进行对接，实时观测用户的用电情况。RS485总线无线抄表运用小区短距离无线通信，不需要修建通信线路，安装方便，而且无线与电力线载波相比，无线的通信效果更好，但由于无线不能实现长距离通信，只能在一百米以内，并且中间不能有遮挡物，因此这RS485总线无线抄表只适合于需要远距离供电的，电表安装在一起的，修建困难的普通住宅区。

2.4 RS485总线载波抄表

由主站、电能表、载波采集终端、集中器构成的RS485总线载波抄表，运用PSTN公用电话网实现主站和集中器间的远距离通讯；运用电力线载波通信技术实现集中器和采集终端间的连接；运用RS485总线技术实现采集终端、电表的计量间建立互联网进行联系。RS485总线运用电力线载波通信，不需要修建另外的通信线路，安装简单，修建便利，但由于有不间断的噪音，信号强度变化幅度大，不能确保在任何时候进行通信，通信条件恶劣，而且因时间地点和调试方法的变化，都能够影响载波通信的接收性和精确性等问题，因此RS485总线载波抄表只能适合于不需要远距离供电的、修建困难的、用户耗电量低的、电表安装在一起的贫困、落后地区。

2.5 CATV网络远程抄表

CATV网络远程抄表系统与其他抄表系统进行对比，更具有其优势，因为它不像其他抄表系统没有受距离影响的问题，没有信号干扰问题，致使数据在传入时安全、可靠，无丢失的危险；不需要重新安装电表、网络的接入口和电表距离很近，不需要重新修建网络和布线，减少资金消耗；采用最新的采集终端，能够随时对用户耗电量进行提取和保存，为以后体用做准备，能更有效的对用户进行远距离管理，进行停送电功能；能适合多种不同的环境，如城镇、乡村、公变台区等截然不同的耗电环境；能够运用CATV网络闭路电视系统，在用户的电视上发送电费缴费通知，而用户更是可以透过机顶盒，直接在电视上进行电费缴费，实现了抄表、通知、缴费的一体化；能够通过机顶盒给用户传输最新的用电信息，提高用户的节电意识……CATV网络远程抄表是眼下最有效、可靠的抄表手段。

3.总结

智能仪表技术的投入应用，使得技术不断地向数字化、智能化、自动化发展，自动抄表系统也在电力营销中得到广泛应用，因为自动抄表系统具有有效时间长，精准率高的特徵，在电力营销中的运用中，有效的解决了用户电表计量数据巨大，无法准确采集的问题和变动频繁、内外联系多的问题等，有利于减少员工的工作量，有利于抄表、通知、缴费的快速、准确和便利化，有利于电力营销水平和效益的提高，有利于社会经济的快速增长和发展。

参考文献

[1] 赵蓉.自动抄表系统应用与电力营销[J]. 科技风，2010，10：257.

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关键词：VBA；异构数据源；PPT；自适应读写

中图分类号：TP319

文献标识码： A

文章编号：16727800（2017）004015204

0引言

VBA（Visual Basic for Applications）是微软开发的在其桌面应用程序中执行通用的自动化任务的编程语言，主要用来扩展Windows的应用程序功能。其中，PowerPoint作为Windows的应用软件之一，在教育培训、工作汇报等领域有着举足轻重的地位，通常使用VBA对其进行二次开发[1]。本文主要根据笔者的实际工作项目需求，重点探索基于VBA的异构数据源自适应读写技术的可行性实施方案。

1问题提出 在信息化教学过程中，实用性微课、PPT等是主要的辅助教学资源。其中，PPT因为“简单、实用、高效”的特点，深得教师与学生喜爱。在实际课堂教学中，经常需要实现师生互动，有时还需要实时分析学情，以便及时调整教学策略，提高课堂教学的有效性。如果可以在PPT中附加简易的测验功能，为学情分析提供可靠的数据，将有助于实现解决问题草根化、实现方法平民化，有利于推广与分享。在PPT中实现简易的测验功能，离不开数据读写。其中，如何实现异构数据源的自适应读写，是需要解决的技术问题之一。2基于VBA的常用异构数据源2.1XML XML是一种用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，是保存数据的常用方法之一。它虽然不像Oracle、SQL Server等数据库拥有强大的数据存储和分析能力，但XML文件极其简单，易于被任何应用程序读写。因此，XML文件是各种应用程序之间进行数据传输、交换最常用的格式。2.2XLS（或XLSX） XLS（或XLSX，下文以XLS为例），是一种常用的电子表格格式，可以使用Microsoft Excel打开，其广泛地应用于管理、统计等众多领域，也常用于保存数据。目前，绝大多数应用系统都支持XLS（或XLSX）文件的导入与导出，在办公自动化中发挥着重要作用。2.3TXT TXT是最常见的一种文件格式，在DOS时代的应用就已很多，主要用于保存文本信息（含数据）。它的优势是：体积小、存储简单方便、不会中毒，是计算机和很多移动设备的通用格式。因此，对于小数据量而言，选择TXT进行保存也是一种可行方案。3基于VBA的异构数据源自适应读写技术3.1基本原理

3.1.1开发环境 作为一种编程语言，VBA在Office软件中的应用非常成功，深得开发者与使用者喜爱。在Office软件中基于VBA进行二次开发是一种非常高效的开发手段，例如：基于WORD开发各类自动生成的申报表，基于EXCEL开发各类小型管理系统，基于PPT开发附加于课件的测验系统等[2]。下文以Microsoft Office PowerPoint为开发环境，简述基于VBA的异构数据源自适应读写技术的基本原理与实现方法。

3.1.2基本原理 对于常见的异构数据源XML、XLS、TXT，基于VBA的异构数据源自适应读写技术的基本原理如图1所示。

其中，按异构数据源（XML、XLS、TXT）被笔者课题研究过程中其它应用程序读写的概率决定优先级。

3.1.3自适应选择数据源 在VBA中，主要利用Dir（）函数进行判断，然后依据优先级实现自适应读写，其基本原理如图2所示。

通用性示例代码如下：

myselect = 0 If Dir（"mytk.xml"， vbNormal） "" Then myselect = 1 Else If Dir（"mytk.xls"， vbNormal） "" Then myselect = 2 Else If Dir（"mytk.txt"， vbNormal） "" Then myselect = 3 End If End If End If 说明：变量myselect的值决定系统读入的是哪一种数据源，0表示没有合适的数据源，1表示XML，2表示XLS，3表示TXT。3.2基于VBA的读入技术

3.2.1XML文件读入 在VBA中，主要利用MSXML.DOMDocument对象读入XML文件，其基本原理如图3所示。

通用性示例代码如下：

Set objDOM = CreateObject（"MSXML.DOMDocument"） objDOM.Load （"mytk.xml"） objDOM.async = False Set ns1= objDOM.SelectNodes（"//tm"） For i = 1 To ns.Length mytm（i） = ns1.Item（i - 1）.ChildNodes（0）.Text Next Set objDOM = Nothing

3.2.2XLS文件读入 在VBA中，主要利用Excel.Application对象读入XLS文件[4]，其基本原理如图4所示。

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【关键词】自动化技术；自动化控制理论；发展；趋势

引言

本文主要介绍了自动化技术的产生、发展及发展趋势，所谓的自动化控制技术是指通过一定的控制功能对工业生产的全过程进行自动控制的系统，实现所要达到的控制目标，保证工业生产的有序化。自动化控制技术通过一定的控制功能对生产中的温度、压力和湿度等进行自动化控制，已成了工业生产中的重要控制手段。传统的人工控制与现代的自动化控制，无论是工作原理或者效果等有很大的区别，现代的工业生产中想要实现自动化控制，操作人员必须具备熟练的自动化技能技巧，还要制定合理的自动化控制方案。

1 自动化技术的产生和发展

在早期的控制理论中，用传递函数来描述系统的输入-输出关系，主要研究单输入-单输出的系统。控制论诞生初期，普通的科技人员没有计算机作为计算工具，控制系统的分析和设计主要依靠手工计算和一些图表的帮助。因而，在早期的控制理论中，人们设计了各种各样的图表和曲线，如伯德（Bode）图、奈奎斯特（Nyquist）图、尼柯尔斯（Nichols）图以及M圆等，用频域法作为控制系统的辅助分析方法。把这一时期的控制论称为经典控制理论。

20世纪60～70年代，由于计算机的飞速发展，推动了空间技术的发展，控制系统变得越来越复杂，单输入-单输出的传递函数已不能描述现在的复杂系统，这时出现了状态空间法。它采用状态空间描述取代了先前的传递函数那种外部输入输出描述，对系统的分析直接在时间域内进行，集中表现为用系统的内部研究代替了外部研究，从而大大地扩充了所能处理问题的范围。在状态空间法的基础上，提出了能控性、能观性的概念，从而形成了现代控制理论。

随着计算机的诞生和发展，涌现出一批新型的控制策略，这些控制策略结构复杂，不借助于计算机根本无法实现。这些控制策略有些已经成为自动控制理论的重要分支。例如，自适应控制、预测控制、智能控制、鲁棒控制、最优控制等。当使用这些控制策略对系统进行控制时，所面临的设计和校正的任务就是根据希望的系统性能指标，研究、设计这些控制策略的结构和参数了。把这一时期的控制理论称为超现代控制理论。

2 自动化控制的基本原理

自动化控制基本原理可通过前馈控制和反馈控制两个词来表现。前馈控制是建立在干扰量得基础之上的，控制量会由于干扰量得变化而发生变动，预先施加一个作用用以对干扰量加以抵消，使被控量保持恒定，不受干扰量的影响。反馈控制是建立在被控量偏差的基础之上的，当被控量发生改变时，控制器机构会接收到的反馈信号进行输出控制反应，对变化进行调整，也就是说只有控制量变化，才会有反馈控制的输出。但是无论是前馈控制还是反馈控制，目的都是一致的，都是为了被控量按照任务要求稳定输出。

3 自动化控制的发展趋势

科学技术的发展日新月异，自动化控制技术在已有的技术成果的基础上，也呈现出以下良好的发展趋势。

1）自动化控制系统的复杂化。随着社会经济的发展和科学技术的不断创新，为了跟随高新技术发展的步伐，满足各行业领域的需要，自动化控制系统必将朝着大规模化、复杂化得方向发展。自动化控制系统规模的不断扩大，其建模和仿真的工作任务也将面临越来越多的困难。系统的建模涉及范围广泛，模型的转换、分辨率、模型之间的融合集成都是亟待解决的问题。

2）控制系统结构和算法的优化。自动化控制系统在应用和发展中，控制系统的结构的优化方向朝着分布式分层递阶控制发展前进，随着系统结构的发展，控制算法也随之发展进化。

3）混杂控制系统的发展应用。最近几年，混杂控制系统迅速发展，很快受到行业的关注和重视，很多专家学者致力于该理论的研究。混杂控制系统的主要特点是通过一个框架结构的建立，将离散系统和连续系统加以综合，在框架内部进行集成分析，形成一个综合优化的系统。混杂控制系统综合数学、人工智能等多种学科技术，是自动化控制学科发展的里程碑。

4）非线性控制系统的发展应用。在控制领域总，非线性控制系统理论一直备受关注，发展迅速。在未来的技术发展中，非线性控制系统以清晰的模型为基础，朝着更简单化、更实用化、高性能化得方向发展。

5）智能化控制系统。现今智能化控制系统已经逐渐兴起，并且表现出其独特的优势。在未来自动化控制的发展中，智能化系统能够对复杂化得大规模的工业过程进行自动化、智能化的全程控制和决策。未来计算机技术、网络技术、智能技术等先进技术的发展，为智能化控制系统提供技术支持和保障。

参考文献：

[1]秦世引.展示面向21世纪自动化新技术的IFAC[J].自动化信息，2012（6）：30-40.

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电气自动化技术专业的主要课程

主要课程有电路原理、电子技术基础、计算机软件技术基础、过程工程基础、电机与电力拖动基础、电机与电力拖动自动控制技术、单片机原理与应用、电力电子技术、自动控制理论、信号与系统分析、过程检测及仪表、运筹学、计算机仿真、计算机网络、过程控制、运动控制、系统辨识基础、计算机控制系统、系统工程导论、复变函数与积分变换、自动化概论、嵌入式系统原理与设计。

专业核心课程与主要实践环节：电工基础、电子技术、电机拖动基础、电力电子技术、工厂供电技术、工厂电气控制技术、自动控制系统、单片机与接口技术、PLC技术应用、检测技术、计算机控制技术、金工实习、电工实习、电力电子技术课程设计、电气控制课程设计、毕业实习(设计)等，以及各校的主要特色课程和实践环节。

电气自动化技术专业的培养目标有哪些

电气自动化技术专业主要培养掌握电气技术、电力自动化技术、各种电气设备及自动化设备的基本原理和分析方法，能够从事供用电、各类电气设备、电气控制及自动化系统的安装、设计、调试、维护、技术改造、产品开发和技术管理的高级技术应用性专门人才。

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【关键词】DF100A型100kW发射机 自动化原理 故障分析

1 DF100A型100kW短波发射机自动化系统基本原理

1.1 DF100A型100kW短波发射机自动化系统结构

DF100A型100kW短波发射机自动化系统采用上位机、下位机数据服务器模式，由1台上位机和1台下位机组成一个系统来控制1台发射机。控制室内有1台服务器与上位机相连，上位机不参与控制发射机，只能通过它向下位机提供校时、设置天线、播出语言和向下位机发送发射机运行图。即上位机将节传机房下发的运行图接受后下载到下位机，由下位机对发射机的播音频率进行控制。上位机只监视所有发射机的频率、天线、语言、功率、调幅度以及发射机当前的各级表值，交换机与台内局域网连接，实现数据反馈。DF100A发射机自动化系统框图如图1所示。

1.2 自动化调谐软件实现原理

自动调谐功能是DF100A型100kW短波发射机自动化系统的核心，由高前调谐、高末调谐、高末调载、高末槽路电感前棒、高末槽路电感顶棒、高末槽路电感后棒、谐波滤波器、平衡/不平衡转换器这八路马达及其电路和伺服系统组成，调谐逻辑程序分为高前调谐和高末调谐两大部分，以下详细介绍该系统实现高前调谐、高末调谐的基本原理。

1.2.1 高前调谐

DF100A型100kW短波发射机的高前级采用4CX3000A陶瓷四极管，栅地电路，屏极槽路为并联谐振回路，负载是高末栅极回路，当高前屏极槽路处于正调谐时高前级的效率最高，屏极负载接近于纯阻抗，此时高前的阴流应为最小，高末栅流最大。根据此原理在自动调谐时方法为：计算机粗调+鉴相器调谐+脉冲驱动调谐；实现的步骤为：首先由发射机自动化系统根据计算机数据库中保存的数据（每个波段最少存有3个数据），检查是否有该输入频率的参数，如有则将其自动调出该频率所对应的马达参数并驱动马达到位，如该频率不在数据库中，则根据频率与数据库的对应关系计算出高前相应的位置，使马达初步到位；其次，在有高压时进行下一步调谐工作，由于不使用鉴相器，直接采用计算机脉冲驱动调谐。调谐判断依据是：高末栅流最大，高前的阴流应为最小。通过采用脉冲驱动调谐，最佳调谐点后，高前调谐结束。

1.2.2 高末调谐

DF100A型100kW短波发射机的高末级采用了4CV100000C的电子管，屏极网络则采用了π倒L型的网络，但是需调整元器件较多，有调谐电容和波段电感以及调载电容电感、谐波滤波器和平衡转换器。其中任何一个调谐元器件参数有变化都会影响到高末屏极网络的谐振点，所以自动调谐的核心是要确定怎样的调谐逻辑，然而实现调谐逻辑的关键是怎样判断谐振点。原理上看当高末屏极网络处在谐振点时，高末电子管的负载会接近到纯阻抗，此时高末级的屏流会到最小，帘栅电流则会到最大。就是说中和良好的情况下它在谐振时帘栅流最大和屏流最小会同时出现。因此DF100A自动调谐时的参考点就选择了帘栅流最大时为谐振主要的判断依据，高末屏流最小时为辅助依据。

实现方法分两步走：第一步要初始定位，根据输入的新旧频率来决定，如果输入的频率是已有的频率，同时在计算机数据库中能查到，那就直接调出该频率相对应马达参数并且驱动马达到位；如果输入的频率在数据库中没有存在，系统认为是新频率，会采用折线定位法。第二步是精确定位，运用逐步逼近法，就是在第一步完成后，记下此时的高末帘栅流大小Ig21以及马达位置A，驱动马达转动一步同时记录下高末帘栅流的大小Ig22和马达位置B，比较两者的大小，如是Ig22大于Ig21则方向是正确的，并用Ig22、B的值取代Ig21、A的值，继续同方向驱动马达再转动一步；同样的判断和处理，直到Ig22小于Ig21，这时马达位置A就是高末帘栅流最大位置，这就是高末谐振点的位置，驱动马达到达此处，调谐结束。

图2：高末调载流程图

图2的5.7、5.8是一个经验值，在不同的发射机上不一样，系统中有设置界面的，可根据情况设置。负载阻抗匹配的优劣由高末输出功率的大小决定，当阻抗匹配优时屏极效率最高，高末屏流恰当，且入射功率符合要求；当阻抗匹配劣时情况分为：①高末屏流大，但入射功率不够，负载重；②高末屏流小且入射功率不够，负载轻；因此，将高末屏流大小作为判断高末负载轻重的主要条件，入射功率为辅助条件，高末屏流的大小以经验值作为参考。

方法为两个步骤：初始定位与高末调谐实现方法的第一步一致；第二步根据设定的经验值进行负载校正。实现运行逻辑流程如图2所示。

谐波滤波器和波段电感对每个频率来说都有一个确定位置，当输入一个频率时，计算机都会根据频率与波段电感、谐波滤波器的位置关系自动找到相应点。

以反射功率最小为条件判断反射功率的调整，通过平衡转换器的补偿电容来实现调整。实现方式与高末调谐的基本一致，它寻求的是反射功率的最小点。

2 自动化典型故障分析处理

2.1 调高压超时

故障现象：自动开机，低功率状态，升功率指示灯一直亮，10秒后落高压，升功率指示灯灭，同时报警显示“调高压超时”。

故障分析：自动化开机，只要不是新频率或新天线，都会按设置好的低功率10kV开始调谐。检查高压是否为10kV，如果不是，那么就会升功率，直到自动化读的值为10kV。如果在规定的时间内（10秒）没有升到10kV，自动化会报警显示高压超时故障。

故障原因：①自动化取样正常，检查自动化控制升功率的线路，P32C32板扩展接口板继电器板及相应接线。在半自动界面点“升功率接钮”，看继电器板K7继电器是否吸会，再检查K7输出控制线是否有松动。②自动化高压取样不正常，包括没有取样或取样偏小。在没有取样的情况，有可能取样电阻烧坏或取样线松动，自动化读不到值，判断高压为零，就会一直升功率，当超过10秒，就报高压超时故障。

故障处理：对于取样偏大故障，如果是人为造成的，重新核准自动化表值。如果不是，一般是高压取样通路接触不良。对于没有取样的故障，可以打开2单元的门，合高压用万用表测量取样小接口板J1-5、6端电压，如果电压为零，说明是前级故障；如果有电压，说明是后级故障。检查小接口板滤波墙信号调理板813卡的网线，看是否松动或网线不通。一般是松动的现象比较多，也可能是通路板卡损坏。

2.2 高末调谐超时

故障现象：自动化上高压，10kV调谐高前正常，自动化界面可以看到负载和调谐马达不停转动，20秒后自动化报警显示“高末调谐超时”故障。

故障分析：自动化10kV调谐是依据设置好的高末屏流参数来调整的，当规定调谐的时间（20秒）内没有把高末屏流调整在设定的范围时，自动化报警显示调谐超时故障。故障原因：

（1）调谐或负载马达参数设置不对。当某项显示力度或步长过小时，马达虽能驱动，但每次驱动走的距离太小。如果这时10kV状态下屏流离设定值较远，自动化需很长的时间才能调整到设定值，这有可能超过规定的调谐时间，于是报警显示调谐超时故障。

（2）调谐马达或负载马达线路故障。使自动化的输出信号没有送到相应的马达板，在规定的时间里不能调好高末屏流，于是报警显示调谐超时故障。

（3）屏流不正常。当屏流取样不准或没有时，自动化在规定的时间不能调好高末屏流，于是报警显示调谐超时故障。处理：

（1）重新设置好马达参数。

（2）处理故障马达线路。

（3）校准屏流取样值。

以上是DF100A型100kW短波发射机自动化常见故障，根据分析，

产生此故障的原因可能出现在以下几个部位：

（1）通路板卡损坏。

（2）马达参数设置。

（3）电缆连接故障。

（4） 马达或取样线路问题。

3 结束语

总之，通过对DF100A型100kW短波发射机自动化系统分析，加深了自动化倒频调谐原理的理解及常见故障处理，提升了对发射机的维护能力，便于发射机的可靠稳定的运行。

参考文献

[1]郭宝玺.大功率新型短波发射机射放技术[Z].北京：无线局教育处，1996.

[2]徐帮辉，聂志龙.KT-DF100A型100kW短波发射机自动化系统用户手册[Z].2015.

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关键词:配电自动化; 基本原理; 主要功能; 应用效果; 注意问题

中图分类号：TM421 文献标识码：A

一、配电自动化技术的基本原理

配电自动化是实现管理、配电运行自动化，以信息技术为基础，综合利用各项技术的科学。发展好配电自动化，运行管理人员就能从繁忙的事务中减轻任务，一些人为操作失误所引起的事故也能够在很大程度上得到避免，能够大幅提高配电稳定性、可靠性以及安全性。配电系统的自动化控制，既可以提高电能的利用率，也能提高劳动生产力，能耗也能大幅降低，在经济上也能带来很大利益。而且由于配电系统的模块化、集成化设计，在管理运行的维护上更加方便，成本也更低。

配电自动化是实现在没有人或较少人的参与下，电力系统的配电环节所承担的功能很好地实现。配电自动化跟大多数的其他自动化技术一样，都主要是信息的自动处理、传输，而后实现对电力系统配电部分的控制。相比普通的配电系统，配电自动化系统在控制、管理以及运行方面都有巨大的优势，能够更好地应对负荷增加、电力网络复杂化以及节能减排等因素带来的挑战，以实现配电持续低耗、高效、可靠运行。在实现的可能性方面，通信技术，网络技术、现代电子技术，以及自动控制技术的飞速发展，为配电系统实现自动化提供了技术支持。所以，配电自动化是一项综合运用各项技术的复杂科学。

配电自动化系统有三个发展阶段，第一阶段是基于自动化开关设备相互配合的配电自动化阶段，第二阶段是基于通信网络、后台计算机网络和馈线终端单元的配电自动化系统，第三阶段的配电自动化系统是伴随着计算机技术的发展而产生的。配电自动化经过发展，其内容大致可以分为以下几个方面: 一是馈线自动化，即配电线路自动化; 二是变电站自动化，此处仅指其与配电有关的变电站; 三是配电管理自动化; 四是用户自动化。

二、配电自动化技术的主要功能

配电自动化最主要的功能可以概括为利用自动化技术综合全面管理配电系统，改善普通的配电系统的不足之处，完善普通配电结构的功能，使整个电力系统更好地运行，为用户可靠供电。

配电自动化功能很多，主要是采集数据并进行控制，监控配电系统的运行状态，及时发现配电系统中存在的问题，管理好配电设备，维护好设备安全，根据检测数据的结果，做好检修管理，停电管理，负荷管理，通过对自动化设备的建设，完善计量计费功能，将数据上传网络，并在网络分析，使配电系统的工作管理，网络重构，营业管理及相关系统通信的功能完成更加简便可行。以上所有这些功能完成所需要的信息很多，包括配电系统中配电网的运行实时信息、各种设备的各项技术参数、备品备件、用户信息等各类信息。配电自动化系统可以是集中式，模块化式的系统，建立一个配电管理自动化主站，实行对整个配电网的各种设备各项参数进行数据采集，并和配电线路自动化、用户自动化、变电站自动化集成为一个系统，这样的系统就是配电管理系统。

三、配电自动化系统的应用效果

长期以来，国内外的著名专家学者对配电自动化进行了深入研究，获得了大量的成果，现在配电自动化系统已经基本成型，只是还有很多细节的地方需要完善和改进，这项任务也没有想象的那么轻松，还需要我们电力系统工程领域工作人员的一致努力，才能最大程度地实现配电自动化，为我国电力建设作出应有的贡献。配电自动化对电力系统有许多的收益，从收益特征上看，隐性明显多于显性。发展至今，配电自动化系统取得的应用效果有以下几方面。

1 经济效益方面

配电系统的自动化效果收益有直接效益和间接效益两种。配电系统的自动化将很大程度上提高供电质量，减小故障处理时间和设备停电时间，最大限度地发挥配电系统的作用，保证企业生产正常进行。不仅为电力系统本身带来经济效益，也会为用户企业带来经济效益。

2 社会效益方面

自动化的配电系统能够大幅提高电力系统的运行维护水平，缩减工作人员的劳动时间和劳动强度，使配电系统的运行更可靠，不至于因为突发大面积停电给社会交通、金融、企业、医院、学校等各行各业的正常进行带来障碍。

四、发展配网自动化技术应注意的几个问题

配电自动化技术在飞速发展，我们在发展的同时应该注意到发展带来的问题，并在今后的发展方向上避免类似的问题，使配电自动化技术能向更深层次和更完善的方向发展。发展配电自动化技术应该注意到以下一个问题: 一是做好规划，不但要做好配电自动化的规划，还要做好配网的一次系统的规划，在发展的同时，要全面考虑各种因素，多设计好备用方案，坚持分阶段，分块实施的原则，在总体上，有个发展纲领指引配电自动化技术的发展; 二是要着重考虑配电自动化系统的稳定性，不仅要保证原先的配电设备安全稳定可靠的运行，更要保证自动化监控实施设备、数据采集、信息传递设备稳定运行; 三是自动化的设备的建设在经济成本上应该可行，而且建设好的自动化设备运行对于本身的配电系统设备和线路不会有干扰; 四是加强配电自动化软件的开发，使得配电自动化的实现更加简便。

五、结语

目前我国正大力改造电网，配电自动化是我国配电网络发展的必然方向，其发展是建设智能电网和坚强电网的基础。配电自动化不仅在我国引起了重视，在工业发达国家中，配电系统自动化也受到了广泛的关注，配电自动化系统具有自动化水平高、管理功能强、实时性好等优点，效益显著，必须坚定不移地建设配电自动化管理系统。

【参考文献】

1.聂立辉．论我国工业电气自动化的发展趋势［J］．机电信息， 2009，24

2.张伟林，宋修臣．浅谈电气自动化控制设备可靠性测试的方法［J］．中小企业管理与科技，2009，7(21) : 248

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关键词： 去极化电流法； 电力电缆； 绝缘缺陷； 可行性研究

中图分类号： TN345+.5?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）24?0158?04

Feasibility study on diagnosis of 10 kV cable insulation defects by using

depolarization current method

ZHANG Yunbo， SUN Guokai

（Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）

Abstract： To diagnose the insulation defects of 10 kV cable， the feasibility of using depolarization current method to diagnose the insulation defects and aging degree of the cable is analyzed. And on this basis， a cable insulation defects detection method based on depolarization current method is presented. The 10 kV cable aging automatic detection system using depolarization current method based on Matlab and high?voltage vacuum switch system was established. The depolarization current test and analysis for the aging cable samples with different insulation defects are performed by means of the system to obtain the depolarization current change rule of aging cable with different degree defects， which can realize the automatic judgement and accurate recognition of the aging cable insulation defects and aging degree， and has important significance to improve the diagnosis efficiency of the aging cable insulation defects and guarantee the reliable power supply of the electrical power system.

Keywords： depolarization current method； power cable； insulation defect； feasibility study

0 引 言

当前诊断电力电缆绝缘状态的方法较多，但是这些方法在实际的运用过程中却存在不同的问题，例如使用介质损耗因数检测时，其检测结果容易受到环境的影响；使用直流叠加法进行评估则无法定量的对电缆的老化程度进行定量的评价；使用局部放电法进行检测，检测结果会受到现场背景噪音的影响。去极化电流检测是基于介电响应原理的电缆绝缘性能测量方法，其检测快速、不对电缆造成破坏性等特点，是目前国内外常用的运行电缆绝缘性能检测方法[1]，具有非常高的可行性和可操作性，但是从已有的去极化电流检测方法设计来看，其操作过于复杂、对检测设备和检测装置的要求较高、检测分析过程复杂，自动化程度和精度较低[2?5]。

基于此，本文利用Matlab软件平台和高压真空开关系统等搭建了一种基于去极化电流检测方法的10 kV电缆老化自动化检测系统，通过该系统自动分析和采集不同老化程度的电缆样本，分析得出其老化程度与去极化电流大小变化规律，可以方便地实现对待测量的老化电缆进行绝缘缺陷和老化程度分析。相对于已有的去极化检测方法，其实现了全自动化的分析检测并且具有非常高的检测精度。

1 去极化电流法基本原理

去极化电流法主要是利用在对电缆进行充电的过程中，电缆由于被施加电压为[U0]的阶跃激励而逐渐出现极化的现象，假设这一过程所需时间为[tp]，则流过电缆的电流[6]即为极化电流[ip]。这时瞬间撤去施加的电压[U0]，则测试电缆会因为短路而产生反向的放电电流，这一电流就是去极化电流[id]，整个过程的电流变化如图1所示[7]。去极化电流不同于极化电流，其不含电缆的电导电流，完全是通过电缆内部的绝缘层点的松弛机制产生的松弛电流复合而成[8]。而绝缘层的松弛极化现象包含了绝缘材料的大部分信息，因此通过测量老化电缆的去极化电流就能够更加准确、客观地评估电缆绝缘材料的性能[9]。

2 10 kV电缆老化自动化检测系统的设计

2.1 系统硬件结构设计

在第1节对去极化电流检测法的基本原理的分析基础上，本节将进一步利用Matlab自动化软件平台和高压真空开关系统为核心，构建了全自动化的电缆老化检测系统，其整个系统硬件结构如图2所示。由10 kV电缆绝缘老化自动化测量装置下位机和运行Matlab的上位机组成，其中下位机由控制交互板和高压测量单元构成。在控制交互板上主要是基于STM32微处理器设计的智能化采集和控制电路，包括微处理器核心模块和RS 485通信模块等。其中核心模块主要负责对高压测量单元电流信息采集和控制高压真空开关进行工作，实现测量，同时在控制交互板与高压测量单元之间设置了低高压隔离模块，实现低压电路与高压电路的全耦合隔离，避免相互影响。高压测量单元主要是由高压真空开关控制系统和皮安级别的电流测量模块组成，高压真空开关控制系统和皮安测量电流采集模块都是通过RS 485与控制交互板进行交互通信，接收控制交互板的控制指令和上位机的指令进行测量和电流采集操作。

2.2 系统软件设计

基于上述硬件架构，在本文设计和实现的10 kV电缆老化自动化检测系统的软件主要包括：Matlab端的智能分析软件和运行在下位机端的微处理器上的智能控制采集软件两个部分。本节将对这两个部分的软件设计实现进行详细介绍。

2.2.1 基于Matlab的上位机端软件设计

Matlab端软件设计是本文设计的去极化电流法分析10 kV电缆绝缘缺陷和老化程度实现的核心。所有的数据分析和数据处理都是基于Matlab端软件实现。Matlab端软件借助于RS 485通信插件与下位机进行通信，所有与下位机端的数据和命令收发都是通过RS 485通信插件提供的收发函数来完成，并且执行自动化分析程序，实现对采集到的信息结果智能分析，直接得出被测量的10 kV电缆的老化程度，并且采用十级老化等级参数进行表示。其主程序设计实现流程如图3所示。

整个程序分为样品测量及信息处理模块和待测电缆测量及信息处理模块两个部分，在设计过程中通过一个选择语句来实现，同时借助于Matlab提供的UI交互函数完成相关的交互控件设计，在系统启动前调用RS 485组件完成对连接在PC端的RS 485串口通信模块的初始化，并建立通信环境。然后启动Matlab UI交互模块，用户选择样品测量和待测电缆测量功能进入到相应的测量模式，如果系统没有存储样品数据，则系统需要先进入到样品测量及信息录入中获取相关的样品信息和测量参数才可以进入到待测模式进行实际测量。

2.2.2 下位机STM32程序设计

根据实验原理可知，电缆的去极化电流指数形状主要由施加电压的时间决定，因此在实验过程中应该精确掌握实验时间，而实验时间是由电缆的水树老化区与非水树区界面的极化过程决定，是电介质的具体反映，其极化时间会随着施加电压的增加而增加，且界面的极化现象会更为充分。本文在设计过程中通过控制高压真空开关系统的工作来实现对时间的精准控制，其控制实现流程如图4所示。在STM32微处理器上执行控制程序，该控制程序是基于μC/OS操作系统多任务函数实现，在程序执行开始时对硬件设备进行初始化，包括皮安表模块和高压真空开关控制系统两个硬件初始化，然后启动和执行μC/OS多任务处理函数分别执行与上位机交互和设备控制两个进程，实现对整个下位机设备的控制和电流采集，接收上位机端的控制命令和执行电流采集与高压开关控制系统的开关动作控制，完成整个基于去极化电流法的电流测量的过程，为上位机进行去极化电流法分析10 kV电缆绝缘缺陷和老化程度提供数据支持。

3 10 kV电缆老化绝缘缺陷实验分析

3.1 实验及测试过程

实验测试过程中采用的是上海电缆研究所提供的水树老化电缆样本，电力样本编号及基本参数信息如表1所示。其中A组和B组作为样本数据，测试得到的结果作为样本结果；C组和D组作为实测数据，对系统的实际测试结果进行分析。同时还需要设置实验过程中的极化时间和去极化电压、时间等参数，其具体设置如表2所示。

在实验中运行Matlab上位机端软件，根据表1和表2的试样基本信息数据和实验条件控制数据通过Matlab 软件端将数据输入到上位机系统中，输入完成后系统将自动保存所有的测试试样信息，根据对应的条件进行电压和时间控制，设置完成后可以通过界面查看各组的试样基本信息和条件数据，如图5所示。

完成上述设置和基本信息输入后，就可以通过软件主界面选择相关试样进行测试，同时在下位机的测试装置中放入对应的测试试样安装，在电缆卡槽内固定好。首先逐个完成对试样A1，A2，B1，B2四组样品的测试，并保存样品测试结果生成样品曲线其结果如图6所示。

以试样A1，A2，B1，B2四组样品的测试数据为基础，点击启动测试按钮启动实际测试程序分别对试样C1，C2，D1，D2四组样品进行实际测试分析，得到测试结果，其中C1和C2组的测试结果如图7所示。在A1，A2，B1，B2的样本数据基础上测试得到的C1，C2的老化时间分别75 h和90 h，而与上海电缆研究所提供的水树老化电缆样本参数相差分别为5 h和10 h，实际误差较小，可以很好地满足电缆绝缘老化测试过程中的分析需求。

最后，在此基础上继续选择试样D1和D2完成相应的测试，最终得到C组和D组的测试结果和去极化时间分析曲线，如图8所示，通过测试结果信息显示区域可以直观地得到各种试样测试获得的老化时间和老化等级，同时还可以结合去极化时间曲线，对其老化时间和等级进行进一步精确和判断。

3.2 实验结论

通过上述实验过程中获得的实验结果分析可以看出，通过本文设计的基于去极化电流法构建的10 kV电缆老化程度自动化分析系统可以方便地对老化电缆样本进行全自动化的分析，从测试到数据分析无需人为干扰，只需要将样品信息录入和对其进行测试。系统获得样品参数后，执行测试程序就可以根据样品参数自动对电缆老化程度进行评估和分析，并得出其老化时间和等级。得到的等同于水针法老化时间误差能够有效地控制在10%以内，具有较高的精度，并且配合自动生成的去极化时间曲线，可以进一步分析其老化程度和绝缘缺陷程度，对提高10 kV老化电缆绝缘缺陷检验效率具有非常重要的意义。

4 结 语

10 kV电缆作为我国电力系统应用最为广泛的一种电缆设备，如何对其老化程度进行快速的分析和检测，对保障整个电网供电稳定性具有非常重要的意义。本文设计和实现的10 kV电缆老化自动化检测系统，以去极限电流法为基本原理，借助于Matlab、微处理器技术等实现了对10 kV电缆老化程度的全自动检测和分析，实现了对电缆的老化程度和绝缘缺陷的准确判断，极大的提高了10 kV电缆老化检测效率，对保障我国电力系统正常稳定运行具有非常重要的意义。

参考文献

[1] 霍振星.基于10 kV XLPE电缆的绝缘老化分析研究[D].天津：天津大学，2009.

[2] 苏文.矿用高压电缆绝缘状态在线监测系统的研究[D].太原：太原理工大学，2014.

[3] 张军强.基于极化去极化电流检测的油纸绝缘状态研究[D].北京：华北电力大学，2014.

[4] 杜伯学，马宗乐，高宇，等.采用温差法的10 kV交联聚乙烯电缆水树老化评估[J].高电压技术，2011（1）：143?149.

[5] 陈志娟.基于振荡波电压法的10 kV XLPE电缆局部缺陷检测研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[6] 王备贝.电力电缆绝缘缺陷检测方法的研究[D].北京：华北电力大学，2013.

[7] 贡春艳.极化去极化电流法和回复电压法融合的油纸绝缘老化状态评估[D].重庆：重庆大学，2013.

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（辽宁工程勘察设计院，辽宁 锦州 121000）

【摘要】随着我国科学技术的日益发展和进步，我国对水工环地质勘察工作的准确性和效率提出了越来越高的要求。此外，由于我国对于能源的大量开发和使用，我们现阶段面临着严重的能源危机。因此，在这样的背景下，对于水工环地质勘查技术进行详细的研究具有重要的意义。本文就gps RTK技术在水工环地质勘查中的应用进行了详细的分析和研究。

关键词 水工环；地质勘查；GPS RTK技术

目前，我国处于经济发展的高峰期，对于能源的消耗量和需求量越来越大，同时这也加重了我国能源短缺和环境污染问题。为了解决我国严重的能源短缺和环境污染问题，在普遍实行节能减排措施的同时，也需要不断地开发各种新型的能源，而要想开发新的能源，就必须要进行地质勘查。地质勘查技术作为地质勘查作业中的核心，其对于地质勘查的效率和质量具有重要的影响。

1　GPS RTK技术的基本原理

1.1　GPS技术的基本原理

GPS技术的基本原理实际上就是将卫星导航定位系统与无线电测距交会原理结合在一起而构成的技术。其中卫星导航定位系统是将地球表面设置的无线电发射信号装置安装于卫星上来进行实时定位的系统。无线电测距交会原理则是借助于3个及以上的地面控制在来对卫星所处的位置进行测定，同理，通过借助3颗及以上的卫星空间位置也可以对地球表面的任一点的位置进行测定。而就GPS实时动态测量的工作方法而言，其首先需要在基准站处安装一台GPS接收机，然后通过借助无线电传输设备将其对于全体GPS卫星的观测数据对用户进行实时的传送。在观测站上，所传送的GPS卫星观测数据被GPS接收机所接收，同时需要借助无线电接收设备对接收基准站的各类转换参数和观测数据进行传输，然后以GPS原理相对定位为依据，对基准站的84坐标和基线向量进行及时的解算，最后要通过地方坐标系和预设的wgs-84坐标系的转换参数对用户测量需要的精度及三维坐标进行实时地计算，并且要对计算数据进行显示。

1.2　RTK技术的基本原理

RTK技术的基本原理是以载波相位观测量为测量依据，并将数据传输技术和GPS测量技术有效结合的实时差分GPS测量技术，同时其也是对GPS测量技术的一个突破。通常而言，RTK技术主要包括三个主要部分，即：软件系统、数据传输设备和GPS接收设备。而就RTK技术的基本工作方法和思想而言，其主要包括以下几个方面：首先需要在观测基准站上设置一台GPS接收机来对全体可见的GPS卫星进行连续、实时地观测，并要借助无线电传输设备将接收机所观测的各类数据信息传输给用户观测站。然后在用户站上，在GPS接收机对GPS卫星信号进行接收的同时，要借助无线电接收设备来对基准站所传输的各类观测数据进行接收。最后要以相对定位原理为计算原理和依据来对整周模糊度未知数进行结算，同时要对用户站的精度和三维坐标进行显示。通过对定位结果进行实时的计算，可以实现对用户站和检测基准站的观测质量及结算结果的情况进行监测，及时地对结算结果的准确性进行实时地判定，从而降低观测的任务量，缩短观测所需的时间，有效地提高了生产的效率。

2　GPS RTK技术在水工环地质勘查中的优点

2.1　作业效率高

与传统的测量方式相比，GPS RTK测量技术所需的测量控制点的数目以及测量仪器所需的移动次数都大大地减少，且只需要单人即可完成测量操作，对于测量过程中每个放样点的停留时间仅为1.2s，只需要在这个时间范围内既可完成对于放样点的测量。此外，对于普通地势和地形下的测量，RTK技术对于半径为5KM的测量区域只需要进行一次测量就可以保证测量的精度，大大缩短了测量所需的时间，提高了测量作业的效率。

2.2　定位精度高

RTK技术的定位精度非常高，一般主需要保证RTK测量的基本条件得到满足就可以确保测量的精度，尤其是对于在特定的工作半径内（一般为5km）的定位，RTK的高程和平面精度可以达到厘米级，且测量误差不会出现累积问题。

2.3　全天候作业

RTK技术的工作要求只需要满足对空和电磁波通视即可，不需要两点间必须满足光学通视的要求。因此，与传统的测量技术相比，RTK技术的受阻因素通常比较少，如可以在阴雨天、大风等天气下作业等，即可以实现全天候的作业。

2.4　自动化、集成化程度高

RTK技术可以胜任各种测绘外业。各种测绘功能均内置于操作设备的软件中，可以实现高度的自动化和集成化，从而大大地降低人为操作的误差，作业精度也得到了大程度的提升。

3　GPS RTK技术的应用实例

3.1　GPS RTK在地质环境污染调查中的应用

一家消化纤维厂建立于石灰岩地区，由于污水的泄露导致其中所含的消化纤维对地质环境造成了严重的环境污染，为了探测硝化纤维在地表至浅水面岩溶结构中的含量，在特定的钻孔中设定了一定数目的井中雷达探测。通过采用惠更斯—基尔霍夫叠加法依据所收集到的资料来绘制出三维雷达图。从所得到的10m深度的重建图像上我们可以明显地看出几个受到硝化纤维污染的位置与后来的开挖位置相符合，从而验证了GPS探测结果的准确性。

3.2　GPS RTK在南极永冻场地安全检查中的应用

科学人员发现在南极考察计划利用的一个场地内，在地下0.3至0.5m的位置处的冰块内部有一些融水坑，这些融水坑将给科学考察所用场地带来不利的影响。基于此，他们借助了GPS技术对考察场地进行了实地测量考察。通过对于所测绕射波结构信息及其他信息的分析和研究，在地下3.5m深度范围内发现一些含散水的冰层带，但含水量较少。

3.3　GPS RTK在区域水文地质中的应用

在雷达资料的观测中，地质体的结构特征和构造均会给雷达响应产生一定的影响，并会产生一定的特征效应。这些特征效应实际上就是所谓的雷达相图元素。自1990年以来，荷兰TNO应用地质研究所在对多个试验点用GPS技术进行了测量和研究，从而对GPS对不同水文地质目标的特征及成像可能性进行评价。研究结果揭示了荷兰不同沉积环境下雷达相图元素的特征，这对于水文地质层序的位置确定具有重要的意义。

GPS RTK技术作为一种先进的水工环地质勘查技术，逐渐地被测量界所接受，并得到了广泛地应用与推广。GPS RTK技术在水工环地质勘查工作中的应用，可以极大地提高勘察的质量，同时也可以大大地降低测量人员的工作强度，缩短测量的工期，提高勘察工作的效率。因此，在水工环地质勘查中应用GPS RTK技术具有积极的意义。

参考文献

［1］郭建明,程超.解析水工环地质勘查技术的应用[J].工业工程与技术,2014,16(5):27-28.

［2］王伟.浅谈GPS RTK在水工环地质勘查中的技术应用[J].地质勘查,2011,15(12):64-65.

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设计了一种基于图像处理的芯片自动开封算法，用于芯片预开封过程中芯片键合丝的自动检测与开封过程控制。算法主要利用芯片开封过程中键合丝出现前后图像中开封区域灰度变化规律，结合图像信息设计了帧间差分双阈值判断的开封算法，实现了芯片开封过程自动化，经实物验证，其有效避免了人为判断不准而损伤内部键合丝及针对较厚芯片手动开封效率低下等问题。

【关键词】开封机 图像处理 帧间差分 自动开封

1 引言

开封是在进行失效分析时，打开塑封器件的塑封材料进行内部检查、分析的常用方法，是DPA（破坏性物理分析）及FA（失效分析）的关键一步，其原理是使用相应技术去除覆盖在芯片表面的塑封材料，但不破坏芯片内部电气连接关系，从而进行后续的检测、分析。随着激光技术的不断发展，采用激光对芯片进行开封已逐渐取代了传统的酸腐式开封方式。激光开封机便是一种塑封芯片预开封的加工设备，利用激光逐层去除封装芯片材料，直至露出内部金属键合丝。但目前的开封采用人眼判断键合丝手动操作的方式，即逐次开封逐次判断，这样针对较厚芯片，操作繁琐效率低下，且人眼判断易受人为主观因素影响，易造成误判而损伤内部键合丝。文章基于图像处理技术，提出了一种帧间差分双阈值判断算法，通过动态阈值调节，可有效实现芯片开封过程自动化。

2 自动开封算法设计

在单帧图像中判断金属键合丝是否存在难度较大，算法复杂，不易实现。本设计利用芯片开封过程中出现键合丝则开封区域灰度变化较大，反之灰度变化很小的特性设计了帧间差分判断算法。为充分考虑噪声的影响及产品对开封精度的要求，本设计还通过比较差分得到的灰度差较大像素数占比较区域像素数的比例与设定比例作比较得出键合丝出现与否的判断，若大于设定比例则说明已检测出键合丝，需停止开封；反之则进行下一次开封。

2.1 图像比较区的选取

图像比较区域的选取是影响算法精度、效率的关键因素。若选择过大，远超开封区域，则不仅带来计算量的增加，还会引入开封区域外噪声等系列问题，使图像处理更加复杂化。本方法利用开封区域在影像显示画板的相对位置经过分析运算将其映射到图像中相应像素区域，有效实现开封区域的图像分析，提升了开封精度，缩短了算法时间。

2.2 中值滤波

摄像头提取的图像序列往往存在噪声的干扰，噪声的干扰可能带来差分误判进而导致键合丝检测的不准确，因此，在检测之前设置滤波器滤除噪声是算法一必要环节。目前常用的去噪方法有均值滤波、维纳滤波、中值滤波、形态学滤波、小波去噪等，其中中值滤波对随机噪声有较好的去噪声能力。

中值滤波基本原理：对于给定的一幅图像，选取任意的像素，以此为中心设置一个邻域A，在这个区域之内，按照灰度值的大小排列此g所有的像素点，选排列在中间的像素并将其作为输出值。

滤波器窗口大小选择直接影响算法效率，过大则计算量大，过小则去噪效果差，通过综合考虑及实际测试效果，本算法采用3×3的领域模板，将目标像素置于模板的中心位置。

2.3 帧间差分

帧间差分的基本原理为通过比较目标帧与背景帧中相同位置上对应像素点的灰度值，确定该像素点是否为目标的一部分。即：如果差异较大（大于阈值T），则认为该像素点是目标的一部分。

由原理可知，帧间差分即对目标帧，背景帧作“减”运算，可由公式（1）计算两帧图像的差，得到差分图像，

（1）

由于也可能是由于噪声或者光照变化所引起的，为此，需要设置一个合理的阈值T，对比较区域做二值化的分割处理，如式（2）所示。

（2）

取1时表示该像素点灰度变化较大，可能有键合丝出现，取0时表示该像素点灰度变化微小，肯定无键合丝出现。

在差分图像中，并非所有差分结果为非零值像素都表示目标出现，仍可为随机噪声。为此，本设计针对性的设计了二次阈值判断算法。具体操作为：统计比较区域帧间差分中所有二值化为1的像素数，即比较区域中灰度变化大于阈值T的像素数，并计算其在比较区域所占的比值K1，根据产品对精度的要求设定相应的比例值K2（二次阈值），若K1≥K2，表示已经出现键合丝，K1

本算法中两阈值应根据不同的光照场景、键合丝特点等进行设置，经过对产品大量的测试统计，本芯片开封处理中，T=20，K2=0.00125时可达到较佳的判断效果。

3 算法流程及结果分析

根据上述分析，设计的算法流程如图1。

4 结论

实践效果证明，本算法可有效实现开封区域内键合丝的识别，算法效率高且稳定性好。本算法目前已运用于实际产品中，实现了芯片开封过程自动化，有效避免了人为判断不准而损伤内部键合丝及针对较厚芯片手动开封效率低下等问题，大幅提升了产品智能化水平，带来了较好的经济效益。

参考文献

[1]张素娟，李海岸.新型塑封器件开封方法以及封装缺陷[J].封装测试技术，2006（07）.

[2]张旭明，徐滨士，董世运.用于图像处理的自适应中值滤波[J].计算机辅助设计与图形学学报，2005（02）.

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光纤传感器的工作原理：光电感应器是由两个组件即投光器及受光器所组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输而至受光器之透镜，再至接收感应器，感应器将收到之光线讯号转变成电器信号，此电信讯号更可进一步作各种不同的开关及控制动作，其基本原理即对投光器受光器间之光线做遮蔽之动作所获得的信号加以运用以完成各种自动化控制。

投光器之光源因各种需要之不同有一般灯泡，红光LED，绿光LED，及IR红外光LED等，受光器为接收投光器送来之光波信号，并将它转换成电器信号，其主要组件为硅晶体电子元件 ，依其性质可分为光敏晶体管，光二极管及光敏电阻，如今现代化之光电产品普遍已采用光电晶体，其优点为高速度的开关功能及非常灵敏之敏感度。

（来源：文章屋网 ）