基于图像识别的精密露点仪

　　1　引言

　　露点仪是用来测量湿度的仪器,湿度是指气体中水蒸汽的含量。早期的湿度测量主要局限于气象和环境方面,但随着科技的发展,湿度的测量已扩展到工 业、农业、国防、医药等领域。气体露点温度是常用的湿度表示方法。其定义为:用等压冷却的方法使气体中的水蒸汽冷却至凝聚相出现,或通过控制冷面的温度, 使气体中的水蒸汽与水的平展表面呈热力学平衡状态准确的测出此时的温度,既为该气体的露点温度。露点法是一种绝对的测量方法,露点仪是测量气体露点温度的 仪器。

　　由于冷却的方法、露点检测的方法各不相同,露点仪的种类繁多,目前国际上的露点仪主要采用光电检测热电制冷镜面冷凝式精密露点仪。这种露点仪通 过光敏管感受镜面反射光的变化来判断镜面是否有水蒸汽的凝聚相出现,但是在测量露点温度低于0℃的气体时,由于无法判断镜面上凝结的是露还是霜,这样就会 引入测量误差(露点温度比霜点温度高0.5~1.0℃)。

　　2　工作原理

　　本露点仪用半导体制器冷却镜面,采用CCD微型摄象机作为检露传感器实时监测镜面,图像采集板则实时的采集镜面的状态数据,并利用图像识别的数学方法来判别镜面是否结露或者结霜。

　　当被测气体以一定的流速进入露点室掠过镜面,CCD微型摄象机实时地将镜面的状态图像送给图像采集板转换成数字量,CPU则实时的对这些数据进 行处理,提取镜面状态的特征。开始由于镜面温度高于气体的露点温度,镜面呈干态,计算出此时的镜面特征值作为基准值。然后在CPU的控制下,制冷器开始制 冷,镜面的温度则以一定速度降低,随着镜面温度的下降,掠过镜面的气体从未饱和状态变成饱和状态,从而开始在镜面上结露,镜面的状态特征也随之发生变化, 并根据此时镜面图像纹理特征,判断出镜面上的凝聚相是露点(呈圆或椭圆形),还是霜点(呈晶形)。CPU则根据此特征值来调节镜面的温度,使其自动平衡于 气体的露点温度,并使露点均匀地分布于镜面之上,气体中的水蒸汽与镜面上的露点呈热力学平衡状态,此时测得的镜面温度则为被测气体的露点温度。

　　3　露点仪的组成

　　露点仪主要由两大部分组成:传感器,控制器。其组成示意图见图1。

　　3·1　传感器

　　传感器是整个露点仪的重要组成部分,是露点仪的核心部件,主要由多级半导体制冷器(本仪器采用四级制冷)、高精度Pt100温度传感器、镀铹镜面、显微镜、CCD微型图像传感器、镜面光源等部分组成。

　　3·2　控制器

　　控制器主要由CPU板(486DX4)、镜面温度测量电路、图像采集与存储电路、镜面温度控制电路、功能键与显示接口电路、电源等部分组成。镜 面温度测量电路主要用来测量镜面温度,温度传感器为高精度Pt100铂热电阻,为了减少测量误差,传感器镜面下面的铂热电阻和温度测量电路的连接采用四线 制,温度传感器的调理电路采用有源桥式电路(图2),A/D转换采用双积分型的。