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技術文章

油色譜分析儀技術檢驗測定設施研討

一，概述
　　油色譜分析儀技術檢驗測定設施研討，pH計和離子計的計量性能準確與否直接影響到生產企業(yè)的產品質量和食品質量。因此，國家將其列入了國家強制檢測的計量儀器。檢定一臺pH計或離子計要近百個檢定數據，檢定人員要花大量的時間進行數據處理，人工計算結果較容易出差錯。為此，我們研發(fā)了基于虛擬儀器技術的PC-3電腦型pH/離子計自動檢定儀，該計量標準裝置采用虛擬儀器技術，數碼攝像的圖像采集和識別技術，組成以計算機為核心虛擬儀器，具有自動輸出標準電位信號，自動采集和讀取被檢器讀數，自動記錄檢定數據，自動進行數據處理，自動進行檢定結果準確度的判別，自動出具檢定證書等功能。對提高檢定工作技術水平和檢測工作效率，實現計量檢定的自動化水平都有重要的意義。
　　二，PC-3電腦型pH/離子計自動檢定儀的設計
　?。ㄒ唬?/span>pH計及檢定儀的工作原理PH計是一種常用的電化學分析儀器，主要用來測量液體的酸堿度。該儀器由pH電極和pH電計（二次儀表）兩部分組成。PH計檢定儀的檢定對象是pH電計（二次儀表）部分。
　　pH值定義：水中氫離子活度的負對數，即pH=-log[H ].pH電極應用原電池原理，將對氫離子敏感的電極插入水溶液，組成一個原電池，pH電極的電位與pH和溫度有關，滿足能斯特（NERNST）方程：焊縫可以伸縮，焊接）工藝容易保證，所以在地面上焊接的南溫帶焊縫焊接殘余應力小，出現裂紋的幾率也?。粚Ρ睖貛Ш统嗟缼У陌惭b，因是在罐體上點固，組對與焊接，點固后的焊縫不能自由伸縮，罐體厚度又大，錯邊和角變形難以矯正，而需強力組對，使北溫帶和赤道帶存在很大的拘束應力，加之冬季安裝時，焊前預熱溫度，層間溫度，后熱溫度及保溫時間等焊接工藝要求難以保證，使北溫帶和赤道帶焊縫形成延遲性冷裂紋。
　?。ǘ┈F場安裝過程中，焊材中的水分和大氣中的水汽等經焊接電弧的高溫熱作用，會分解成氫原子而進入焊接熔池中，引起焊接接頭氫濃度過高[2]，也會引起延遲性冷裂紋。
　?。ㄈ膶Τ嗟缼Ш缚p金相檢測結果來看，焊縫顯微組織存在枝晶偏析，焊縫塑性，韌性下降，有利于裂紋的形成。
　　正是上述三種情況的存在，使球罐中形成大量的延遲性冷裂紋。而16MnR材料淬硬性較低，使裂紋表現出穿晶型擴展。
　　至于二次開罐檢驗時仍發(fā)現大量裂紋，則是因安裝時硬性組對形成的結構性缺陷和殘余應力在熱處理之后不可能完全消除，加之罐體厚度較大，返修焊接時預熱不均勻，冷卻速度快，返修焊縫尖窄，使焊接接頭產生新的局部應力，導致焊縫開裂。
　　四，裂紋修復（一）裂紋消除：擴大缺陷**的部位，先用碳弧氣刨刨除裂紋，再用砂輪機打磨消除碳弧氣刨層，經磁粉探傷檢查，確認裂紋已消除，磨出焊接坡口。
　?。ǘ┖附樱罕ＷC焊條的烘干溫度和時間，避免在潮濕天氣時施焊，焊前對坡口進行嚴格清污，減少氫帶入的可能，同時，提高預熱溫度及焊接線能量，嚴格按焊接工藝要求施焊，焊前預熱溫度120～140℃，層間溫度不低于125℃，后熱200℃/1h.（三）檢驗：焊接完成后36h，返修部位進行100的射線探傷和磁粉探傷及20的超聲波探傷。
　　五，結論該球罐中的裂紋性質為延遲性冷裂紋，其成因是球罐安裝過程中拘束應力應力偏高，焊縫中氫濃度較高和焊縫組織偏析三者交互作用的結果。
　　為避免或減少LPG球罐焊接接頭的開裂現象，應在施焊過程中嚴格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，做好焊接工藝評定與焊前預熱工作，減小組對過程中的錯邊與角變形，以及氫的來源。同時，注意做好焊后消除應力熱處理，以盡可能減小焊接接頭區(qū)的拉伸殘余應力，防止冷裂紋的發(fā)生。
　　數T――溫度（K）
　　F――法拉弟常數在25℃時，每pH的電位為59.157mV.pH檢定儀的設計原理就是模擬pH電極的標準電位，輸出遵循能斯特（NERNST）方程的標準電位信號，對pH電計（二次儀表）的計量性能進行檢定。
　?。ǘz定儀的總體設計PC-3電腦型pH/離子計自動檢定儀主要由虛擬儀器軟件，油色譜分析儀技術檢驗測定設施研討，液晶觸摸屏計算機，CCD成像系統(tǒng)，信號發(fā)生器和計算機接口電路組成（檢定儀總體框圖見圖1）。該檢定儀有三種工作方式，一種是手工操作方式，用戶通過計算機中的虛擬儀器界面，控制調節(jié)標準信號發(fā)生器發(fā)出各種模擬pH/離子計傳感器的標準電位信號，可按常規(guī)儀表方式操作和檢定。**種半自動檢定方式，通過檢定原始數據表格界面，自動選擇檢定點，輸出該檢定點的標準電位信號，被檢pH/離子計在接受到標準信號后，通過人眼觀察，手動微調標準器電位信號的輸出，使被檢pH/離子計的示值調到與檢定點一致，按確認鍵將檢定儀的標準電位信號讀數自動輸入計算機，計算機將自動進行數據處理，自動進行檢定結果準確度判斷。（也可人工記錄讀數，自動處理數據。）第三種方式是全自動檢定方式，虛擬儀器按照國家檢定規(guī)程規(guī)定的檢定點，通過設計的自動程序控制標準電位信號發(fā)生器發(fā)出各種模擬pH/離子計傳感器的標準電位信號，通過CCD成像系統(tǒng)，自動采集和識別被檢器pH/離子計的讀數，并自動記錄被檢器的檢定數據，自動進行數據處理和檢定結果準確度判斷。
　　圖1檢定儀總體框圖（三）硬件設計PC-3電腦型pH/離子計自動檢定儀硬件包括液晶觸摸屏計算機，CCD成像系統(tǒng)，電位信號發(fā)生器和計算機接口電路組成。CCD成像系統(tǒng)采用工業(yè)相機，使用定焦鏡頭，通過USB接口與計算機連接。標準電位信號發(fā)生器是該檢定儀的核心部分，標準信號發(fā)生器主要包括：單片機系統(tǒng)，高穩(wěn)定度電源，高準確度D/A轉換器，高阻切換選擇電路等（框圖見圖2）。信號發(fā)生器通過USB接口與計算機通訊，由于整個系統(tǒng)功耗較低，采用USB口取電方式供電。
　　圖2標準信號發(fā)生器框圖該"虛擬儀器"軟件部分分為用戶界面模塊，檢定模塊，數據庫模塊，證書打印模塊，校準模塊，標準器信息模塊，數字簽名模塊，圖像采集模塊，圖像處理和識別模塊等（具體見圖3）。具有用戶界面友好，操作方便，自動化，智能程度高等特點。
　　圖3軟件系統(tǒng)框圖1，用戶界面模塊這個模塊是檢定軟件與用戶的接口，按照檢定人員的需要進行設計，界面友好，操作方便，簡單，易于上手。具體可分為模擬傳統(tǒng)儀器界面，半自動檢定界面和全自動檢定界面（需要攝像頭支持），具體見圖4，圖5和圖6.圖4模擬傳統(tǒng)儀器界面圖5半自動檢定界面圖6全自動檢定界面2，圖像處理，識別模塊系統(tǒng)采集，識別的對象是酸度計（或離子計）
　　的液晶或數碼管，大多數酸度計（或離子計）的液晶或數碼管采用八段的顯示結構（見圖7），可顯示的字符種類有0～9，負號和小數點12種字符。
　　圖7八段顯示結構根據以上特點我們提出了一套針對儀表數字顯示特征的快速識別算法，包括圖像的二值化，圖像傾斜度校正，字符分割，特征提取與識別等步驟。采集到的圖像如圖8所示。
　　圖8采集到的圖像（1）二值化圖像的二值化關鍵是閾值分割，Otsu方法（大律方法）是經典的非參數，無監(jiān)督自適應閾值選取方法。它利用圖像中的灰度直方圖，以目標與背景之間的方差*大來動態(tài)地確定圖像分割門限值，它不需要其他先驗知識，因而應用范圍很廣。
　　該方法的基本思想如下：設一維離散概率密度的歸一化直方圖為：式中，n為圖像的像素總數，nq是灰度級為rq的像素數目，L是圖像的灰度等級?，F隨機選定一個灰度閾值k，它把圖像灰度級分成兩類：C0為一組灰度級為[0，1，…，k-1]的像素，C1為另一組灰度級為[k，k 1，…，L-1]的像素。類間方差定義為：之后搜索遍歷所有的灰度等級，當符合*大化類間方差準則：時，對應的K即為所要求的閾值。利用該方法二值化后的圖像效果如圖9所示。
　　圖9二值化后的圖像效果（2）分割4243R――氣體常數T――溫度（K）
　　F――法拉弟常數在25℃時，每pH的電位為59.157mV.pH檢定儀的設計原理就是模擬pH電極的標準電位，輸出遵循能斯特（NERNST）方程的標準電位信號，對pH電計（二次儀表）的計量性能進行檢定。
　?。ǘz定儀的總體設計PC-3電腦型pH/離子計自動檢定儀主要由虛擬儀器軟件，油色譜分析儀技術檢驗測定設施研討，液晶觸摸屏計算機，CCD成像系統(tǒng)，信號發(fā)生器和計算機接口電路組成（檢定儀總體框圖見圖1）。該檢定儀有三種工作方式，一種是手工操作方式，用戶通過計算機中的虛擬儀器界面，控制調節(jié)標準信號發(fā)生器發(fā)出各種模擬pH/離子計傳感器的標準電位信號，可按常規(guī)儀表方式操作和檢定。**種半自動檢定方式，通過檢定原始數據表格界面，自動選擇檢定點，輸出該檢定點的標準電位信號，被檢pH/離子計在接受到標準信號后，通過人眼觀察，手動微調標準器電位信號的輸出，使被檢pH/離子計的示值調到與檢定點一致，按確認鍵將檢定儀的標準電位信號讀數自動輸入計算機，計算機將自動進行數據處理，自動進行檢定結果準確度判斷。（也可人工記錄讀數，自動處理數據。）第三種方式是全自動檢定方式，虛擬儀器按照國家檢定規(guī)程規(guī)定的檢定點，通過設計的自動程序控制標準電位信號發(fā)生器發(fā)出各種模擬pH/離子計傳感器的標準電位信號，通過CCD成像系統(tǒng)，自動采集和識別被檢器pH/離子計的讀數，并自動記錄被檢器的檢定數據，自動進行數據處理和檢定結果準確度判斷。
　　圖1檢定儀總體框圖（三）硬件設計PC-3電腦型pH/離子計自動檢定儀硬件包括液晶觸摸屏計算機，CCD成像系統(tǒng)，電位信號發(fā)生器和計算機接口電路組成。CCD成像系統(tǒng)采用工業(yè)相機，使用定焦鏡頭，通過USB接口與計算機連接。標準電位信號發(fā)生器是該檢定儀的核心部分，標準信號發(fā)生器主要包括：單片機系統(tǒng)，高穩(wěn)定度電源，高準確度D/A轉換器，高阻切換選擇電路等（框圖見圖2）。信號發(fā)生器通過USB接口與計算機通訊，由于整個系統(tǒng)功耗較低，采用USB口取電方式供電。
　　圖2標準信號發(fā)生器框圖該"虛擬儀器"軟件部分分為用戶界面模塊，檢定模塊，數據庫模塊，證書打印模塊，校準模塊，標準器信息模塊，數字簽名模塊，圖像采集模塊，圖像處理和識別模塊等（具體見圖3）。具有用戶界面友好，操作方便，自動化，智能程度高等特點。
　　圖3軟件系統(tǒng)框圖1，用戶界面模塊這個模塊是檢定軟件與用戶的接口，按照檢定人員的需要進行設計，界面友好，操作方便，簡單，易于上手。具體可分為模擬傳統(tǒng)儀器界面，半自動檢定界面和全自動檢定界面（需要攝像頭支持），具體見圖4，圖5和圖6.圖4模擬傳統(tǒng)儀器界面圖5半自動檢定界面圖6全自動檢定界面2，圖像處理，識別模塊系統(tǒng)采集，識別的對象是酸度計（或離子計）
　　的液晶或數碼管，大多數酸度計（或離子計）的液晶或數碼管采用八段，油色譜分析儀技術檢驗測定設施研討，可顯示的字符種類有0～9，負號和小數點12種字符。
　　圖7八段顯示結構根據以上特點我們提出了一套針對儀表數字顯示特征的快速識別算法，包括圖像的二值化，圖像傾斜度校正，字符分割，特征提取與識別等步驟。采集到的圖像如圖8所示。
　　圖8采集到的圖像（1）二值化圖像的二值化關鍵是閾值分割，Otsu方法（大律方法）是經典的非參數，無監(jiān)督自適應閾值選取方法。它利用圖像中的灰度直方圖，以目標與背景之間的方差*大來動態(tài)地確定圖像分割門限值，它不需要其他先驗知識，因而應用范圍很廣。
　　該方法的基本思想如下：設一維離散概率密度的歸一化直方圖為：式中，n為圖像的像素總數，nq是灰度級為rq的像素數目，L是圖像的灰度等級?，F隨機選定一個灰度閾值k，它把圖像灰度級分成兩類：C0為一組灰度級為[0，1，…，k-1]的像素，C1為另一組灰度級為[k，k 1，…，L-1]的像素。類間方差定義為：之后搜索遍歷所有的灰度等級，當符合*大化類間方差準則：時，對應的K即為所要求的閾值。利用該方法二值化后的圖像效果如圖9所示。
　　圖9二值化后的圖像效果（2）分割4445采集到的圖像包括多個數字，識別只能根據每個字符的特征來進行判斷，所以要進行字符分割，分割后的圖像效果如圖10所示。
　　圖10分割后的圖像效果（3）特征提取與識別從"0"，"1"到"9"，"."，"-"十二個字符的結構可以看出，除"1"和"."外，其他字符的結構寬高比都在30以上，如果發(fā)現寬高比小于30，則可判斷是"1"或".".在對"1"和"."進行判斷，寬高比對于50的是"."，小于50的是"1"."0"到"9"，"-"的判斷可根據圖7的黑色部分A～G的情況進行判斷。
　　三，研究結果PC-3電腦型pH/離子計自動檢定儀的特點在于將計算機的"虛擬儀器"技術，圖像識別技術應用于pH/離子計的計量檢測儀器，使計算機的強大數據處理和存貯功能與計量檢測儀器融為一體。將電腦嵌入儀器中，取代普通測量儀器的顯示控制面板，利用攝像頭代替人眼讀數，自動控制標準信號發(fā)生器電路，自動采集讀取pH/離子計顯示數值，構成一臺集計量檢測，數據存貯，數據處理，結果判別，證書出具為一體的自動檢測儀器。
　　
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