姜 鳴 李 宸 王家澍 / 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

0 引言

數(shù)字多用表分為三位半至八位半6個(gè)品種，其中三位半和四位半表因體積小、功能多、攜帶方便、準(zhǔn)確度和性價(jià)比較高，最為常用。但這兩類數(shù)表沒有GPIB或RS-232總線接口，量值溯源方式只能使用精度等級(jí)更高的多功能校準(zhǔn)儀（如FLUKE5520A、5700A等）進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)計(jì)量，人工通過液晶屏或LED數(shù)碼管讀取數(shù)據(jù)，再進(jìn)行記錄、分析和判斷，出具檢定證書或校準(zhǔn)證書。由于數(shù)字多用表包括直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流和電阻五個(gè)主要檢定項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目具有多個(gè)量程，而各量程的準(zhǔn)確度不一致，且同一量程在不同測試點(diǎn)的技術(shù)指標(biāo)也有所不同，導(dǎo)致人工反復(fù)進(jìn)行校準(zhǔn)源輸出值的設(shè)置及記錄、原始數(shù)據(jù)的手工記錄、檢測數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)輸入、出具相應(yīng)證書或報(bào)告，檢定約1 h，校準(zhǔn)則需要更多的時(shí)間。顯而易見，人工計(jì)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)資源，而且對工作人員的依賴性強(qiáng)，在大工作量下易產(chǎn)生人為因素對計(jì)量結(jié)果的干擾。

文獻(xiàn)[1]～ [3]分別描述了有或無通信接口數(shù)字多用表進(jìn)行自動(dòng)化計(jì)量改造的方案?？梢?，數(shù)字多用表智能化計(jì)量是目前的發(fā)展趨勢。本文提出了一種基于CCD圖像傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的無通信口數(shù)字多用表智能化解決方案，開發(fā)了一套無通信口數(shù)字多用表泛用型智能化計(jì)量裝置。

1 系統(tǒng)硬件

裝置硬件連接如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

多功能校準(zhǔn)儀作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具，是無通信口數(shù)字多用表（即被檢表）量值溯源的標(biāo)準(zhǔn)源。被檢表通過顯示屏幕直接讀取示值。GPIB/USB數(shù)據(jù)接口板采用NI產(chǎn)品，搭建起計(jì)算機(jī)終端與多功能校準(zhǔn)儀間通信的橋梁。用瑞典AXIS P1311固定式網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集被檢表示值圖像信息。計(jì)算機(jī)終端是整套裝置的核心，控制多功能校準(zhǔn)儀的輸出，將網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集的圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，計(jì)算每組測試數(shù)據(jù)的不確定度，自動(dòng)生成原始記錄和證書，并具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、索引、打印等管理型功能。打印機(jī)作為外部輸出設(shè)備，打印原始記錄、檢定證書、校準(zhǔn)報(bào)告、檢定結(jié)果通知書等。

多功能校準(zhǔn)儀與計(jì)算機(jī)間采用GPIB通信，即利用NI GPIN-USB-HS數(shù)據(jù)接口板，USB端口連接計(jì)算機(jī)，GPIB端口連接多功能校準(zhǔn)儀，采用FLUKE標(biāo)準(zhǔn)接口，基于LabVIEW編序，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)直接控制多功能校準(zhǔn)儀輸出參量。多功能校準(zhǔn)儀通過兩根測試線連接被檢表，實(shí)現(xiàn)控制指令的傳輸。被檢表與計(jì)算機(jī)間的通信方式是圖像信息采集與數(shù)字化處理。計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)線連接網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，傳輸圖像信息。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過視覺鏡頭，非接觸地讀取被檢表顯示屏幕上的示值信息。

工作時(shí)，根據(jù)JJF（滬）1-2003《數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范》等技術(shù)規(guī)范要求，計(jì)算機(jī)設(shè)定并記錄多功能校準(zhǔn)儀參量，再由多功能校準(zhǔn)儀控制被檢表的相關(guān)參量。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)直接讀取被檢表的示值信息，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字化的被測值。計(jì)算機(jī)比對多功能校準(zhǔn)儀的標(biāo)準(zhǔn)值與被檢表的被測值，按照事先設(shè)定的判斷依據(jù)，給出檢測結(jié)果，并直接計(jì)算出每組被測值的測量不確定度。

2 軟件程序

本套裝置的軟件部分主要由多功能校準(zhǔn)儀管理、客戶管理、被檢表型號(hào)管理、被檢表數(shù)據(jù)管理、計(jì)量測試、報(bào)告輸出等六大管理模塊組成，采用C#語言編譯。

2.1 多功能校準(zhǔn)儀管理

主要實(shí)現(xiàn)對多功能校準(zhǔn)儀進(jìn)行信息管理，以便在自動(dòng)計(jì)量被檢表時(shí)進(jìn)行計(jì)量器具的選擇。選擇內(nèi)容包括型號(hào)、名稱、編號(hào)、測量范圍及準(zhǔn)確度、控制命令、證書編號(hào)和有效期限等信息。

2.2 客戶管理

主要對客戶基本信息進(jìn)行管理，以便日常工作中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與查詢。客戶基本信息主要包括客戶名稱、客戶地址、聯(lián)系人、聯(lián)系電話等信息。

2.3 被檢表型號(hào)管理

主要按型號(hào)對被檢表進(jìn)行統(tǒng)一的管理，以便在自動(dòng)計(jì)量被檢表時(shí)按表的型號(hào)進(jìn)行相關(guān)測試數(shù)據(jù)的加載。包括計(jì)量器具名稱、規(guī)格型號(hào)、制造單位、準(zhǔn)確度、檔位自動(dòng)否、測試項(xiàng)目、測試點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值、單位、合格上下限等信息。

2.4 被檢表數(shù)據(jù)管理

用于記錄所有被檢表每次計(jì)量時(shí)的具體數(shù)據(jù)。通過長期積累歷史數(shù)據(jù)，可以具備對某臺(tái)表或某類表進(jìn)行綜合性能分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。被檢表的檢測數(shù)據(jù)由計(jì)量測試模塊在測試時(shí)自動(dòng)加入，包括被檢表出廠編號(hào)、測試日期、測試項(xiàng)目、測試點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值、實(shí)際測量值、單位、分項(xiàng)結(jié)論等信息。

2.5 計(jì)量測試

該模塊是整套軟件的關(guān)鍵和核心?？梢詫?shí)現(xiàn)多功能標(biāo)準(zhǔn)儀的自動(dòng)加載、被檢表測試數(shù)據(jù)圖像信息的自動(dòng)獲取、測試數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別與判定等功能。計(jì)量測試模塊的工作流程如圖2所示。

2.6 報(bào)告輸出

在計(jì)量測試完成后，所有數(shù)據(jù)由被檢表數(shù)據(jù)管理模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，按照客戶要求和計(jì)量結(jié)果生成原始記錄，出具檢定證書或校準(zhǔn)報(bào)告或檢定結(jié)果通知書。在校準(zhǔn)報(bào)告中，根據(jù)校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范的要求，自動(dòng)計(jì)算出每組測試數(shù)據(jù)的不確定度，并在校準(zhǔn)報(bào)告中予以給出。

圖2 計(jì)量測試模塊流程圖

3 測試過程

以數(shù)字多用表VC890D為例，校準(zhǔn)項(xiàng)目和量程測試點(diǎn)設(shè)置如表1所示。每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)讀取10個(gè)測試數(shù)據(jù)，用于計(jì)算不確定度時(shí)使用。校準(zhǔn)報(bào)告上給出10個(gè)測試點(diǎn)的平均值。

表1 校準(zhǔn)項(xiàng)目和量程測試點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)攝像頭和被檢表安裝在自行設(shè)計(jì)和研制的底座上（如圖3所示）。被檢表支架具有位置調(diào)節(jié)固件，可以水平和垂直調(diào)整安放位置；攝像頭支架具有角度調(diào)節(jié)固件，可以調(diào)整鏡頭角度，保證垂直或近似垂直讀取被檢表屏幕上的示值圖像。

整體測試系統(tǒng)如圖4所示。

圖3 底座實(shí)物圖

測試前，先用軟件的學(xué)習(xí)功能進(jìn)行圖像識(shí)別的訓(xùn)練，然后根據(jù)事先設(shè)定的量程測試點(diǎn)，逐點(diǎn)進(jìn)行測試（如圖5所示）。圖像穩(wěn)定時(shí)間為1 s，1 s內(nèi)拍攝5幅圖像，讀取5個(gè)測試數(shù)據(jù)。

測試數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖4 系統(tǒng)實(shí)物圖

圖5 圖像識(shí)別實(shí)景圖

圖6 測試數(shù)據(jù)實(shí)景圖

直流電壓測試部分自動(dòng)生成Excel的校準(zhǔn)結(jié)果，給出合格限判斷值以及不確定度，如表2所示。

表2 自動(dòng)生成的校準(zhǔn)結(jié)果

4 結(jié)語

本套裝置借助CDD視頻影像、圖像提取與分析、數(shù)據(jù)庫處理等技術(shù)，有效解決了三位半和四位半等無通信接口的數(shù)字多用表計(jì)量勞動(dòng)強(qiáng)度大、容易引入人為誤差等頑疾，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測量與結(jié)果判斷，并具有數(shù)據(jù)庫管理、報(bào)表打印等功能，為類似計(jì)量器具數(shù)字化解決方案的選擇提供了借鑒。

[1]張榮，楊峰，胡華偉.Agilent 34401A數(shù)字多用表全自動(dòng)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)測量與控制，2012, 20（7）：1769-1772.

[2]嚴(yán)洪燕，武樺，謝啟瞻，等.數(shù)字多用表自動(dòng)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].宇航計(jì)測技術(shù)，2011，31（6）：46-52.

[3]龍志斌. 手持式數(shù)字多用表自動(dòng)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 西安電子科技大學(xué)，工程碩士學(xué)位論文，2010.