非接觸測量方法以光電、電磁、超聲波等技術(shù)為基礎(chǔ)，在儀器的感受元件不與被測物體表面接觸的情況下，即可獲取被測物體的各種外表或內(nèi)在的數(shù)據(jù)特征。

典型的非接觸測量方法可分為光學法和非光學法。光學法包括結(jié)構(gòu)光法、激光三角法、激光測距法、干涉測量法和圖像分析法等；而非光學法包括聲學測量法、磁學測量法、X射線掃描法、電渦流測量法等。本文就自動化儀表常見非接觸測量技術(shù)進行介紹，幫助儀表人加深對非接觸測量技術(shù)的理解。

激光具有良好的準直性及非常小的發(fā)散角，使儀器可以進行點對點的測量，適應(yīng)非常狹小和復雜的測量環(huán)境。

基本原理：激光測距法利用激光的這些特點，將激光信號從發(fā)射器發(fā)出，照射到物體表面后發(fā)生反射，反射后的激光沿基本相同的路徑傳回給接收裝置，檢測激光信號從發(fā)出到接收所經(jīng)過的時間或相位的變化，就可以計算出激光測距儀到被測物體間的距離。

相位式激光測距原理

激光測距主要分為脈沖測距和相位測距兩大類。對于脈沖測距法來說，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，探測距離遠，但是傳統(tǒng)的測距系統(tǒng)采用直接計數(shù)來測量光脈沖往返時間，精度低。相位測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復雜，但是其精度較高，隨著光電技術(shù)的快速發(fā)展，相位激光測距技術(shù)得到不斷優(yōu)化和提升，已能滿足超短距離和超高精度的測量需求。隨著激光測距儀朝著小型化、智能化的方向發(fā)展，由于激光測距技術(shù)特有的優(yōu)點，將在各類距離測量領(lǐng)域有越來越廣闊的應(yīng)用前景。

常見應(yīng)用：激光物位計

激光物位計，由半導體激光器發(fā)射連續(xù)或高速脈沖激光束，激光束遇到被測物體表面進行反射，光線返回由激光接收器接收。并精確記錄激光自發(fā)射到接收之間的時間差，從而確定從激光雷達到被測物之間的距離。

測量光束發(fā)散角小、方向性好；

量程大、測距遠、盲點最少；

不受介質(zhì)溫度影響，不受溫度變化影響；

非插入式測量，非接觸測量；

測量速度快，適合變化快的液位及料位測量；

操作簡單，可編程測量；

測量精確、高精度適合高要求項目；

分辨率高出一般儀表十倍；

波束角小，適合長距離定位，避免障礙物。

缺點：

易受測試波段光源干擾、深色被測物吸收；

價位高。

應(yīng)用場合：液態(tài)瀝青、聚合反應(yīng)堆容器（高壓）、反應(yīng)堆容器（真空）、熔融態(tài)玻璃、黑色及有色金屬、合金聚苯乙烯、尼龍、聚氯乙稀等芯塊、滑石粉或石灰粉、礦石、放礦溜井里的廢石、濕或干木屑、采礦，化工，制藥，造紙，塑料，油氣等高風險區(qū)域。

常見應(yīng)用：激光氣體分析儀

半導體激光吸收光譜技術(shù)—利用激光能量被氣體分子“選頻”吸收形成吸收光譜的原理來測量氣體濃度。半導體激光器發(fā)射出特定波長激光束（僅被被測氣體吸收），穿過被測氣體時，激光強度的衰減與被測氣體濃度成一定函數(shù)關(guān)系，因此，通過測量激光強度衰減信息就可以分析獲得被測氣體的濃度。

優(yōu)點：

1、不受背景氣體的影響；

2、不受粉塵與視窗污染的影響；

3、自動修正溫度，壓力對測量的影響。

激光氣體在線分析儀用來進行連續(xù)工業(yè)過程和氣體排放測量，適合于惡劣工業(yè)環(huán)境應(yīng)用，如鋼鐵各種燃爐、鋁業(yè)和有色金屬、化工、石化、水泥、發(fā)電和垃圾焚燒等。

射線穿透技術(shù)

化工行業(yè)的裝置設(shè)備存在高溫、高壓、腐蝕性等特殊的環(huán)境，常規(guī)儀表受到這些裝置現(xiàn)場特殊環(huán)境的限制，出現(xiàn)安裝困難，即使勉強安裝，長期的高溫影響下，對儀器儀表造成損壞。這種情況下，儀表的選型就會考慮使用放射性料位計來代替常規(guī)儀表的使用。

射線種類和穿透能力：

1、α射線：實際是氦核2個質(zhì)子、2個中子、4個質(zhì)量單位，帶2個單位正電荷。一張紙可以擋住，能量傳遞快。

2、β射線：電子，質(zhì)量1個電子，帶1個單位負電荷。薄的鋁片可以擋住。

3、γ射線：電磁波、無靜止質(zhì)量、不點電荷。穿透能力較強，衰減-密度x厚度。 

4、中子：質(zhì)量-質(zhì)子，不帶電荷。穿透能力與材料有關(guān)，輕元素屏蔽效果比較好。

化工行業(yè)，常選用γ射線，γ射線首先由法國科學家P.V.維拉德發(fā)現(xiàn)，是繼α、β射線后發(fā)現(xiàn)的第三種原子核射線。是波長短于0.01埃的電磁波，有很強的穿透力。

常見應(yīng)用：γ射線料位計

γ射線料位計也叫γ射線物位計、γ射線液位計，γ射線與被測物料相互作用所產(chǎn)生的輻射強度的變化，從而連續(xù)測量料位的變化。

放射性料位計不受設(shè)備的高溫、高壓等限制，在安裝過程中，不與生產(chǎn)設(shè)備接觸，同時在安裝使用過程中，也不影響設(shè)備的溫度，壓強等工藝條件。由于其非接觸特性，故而可適應(yīng)的料倉壓力、物料溫度值、粉塵狀況、粘度、腐蝕性等極端工況，對溫度、壓力、粉塵、粘度、腐蝕的適應(yīng)性最高。

缺點：

由于γ射線料位計中的放射源主要釋放γ射線，可對人體造成一定的輻射傷害，所以在使用過程中，需要嚴格遵從國家相關(guān)標準。其次成本高昂，也是放射性料位計缺點之一。

電磁波測量技術(shù)

電磁波測距是利用電磁波作為載波，經(jīng)調(diào)制后由一端發(fā)射出去，由另一端反射或轉(zhuǎn)送回來 ，測定發(fā)射波與回波相隔的時間，以測量距離的方法。

常見應(yīng)用：非接觸式雷達物位計

按照微波的波形，又可分為脈沖雷達物位計和調(diào)頻連續(xù)波雷達物位計。

脈沖雷達物位計通過發(fā)射微波脈沖，脈沖以光速（在空氣中）傳播，在碰到被測介質(zhì)表面（介電常數(shù)必須大于傳播介質(zhì)的介電常數(shù)）后，部分微波被反射回來（反射量取決于料面平整度/介電常數(shù)大?。?，被同一天線接收，介質(zhì)的反射量（率）越大，信號就越強，越好測量；反射量（率）越小，信號就越弱，越容易受干擾。通過準確的識別發(fā)射脈沖與接收脈沖的時間間隔△t，可以進一步計算出天線到達被測介質(zhì)表面的距離D。

調(diào)頻連續(xù)波雷達物位計用24GHZ作為測量基頻（載頻），2GHZ為調(diào)節(jié)頻寬，整個掃描時間為7ms，完成一次線性掃描，信號發(fā)射后，經(jīng)過一定的時間延遲后，接收到回波信號。在線性掃頻中產(chǎn)生的時間差，與液位距離呈正比例，由于有許多反射波，將所有的回波時間進行快速傅立葉（FFT）變換，將時間信號轉(zhuǎn)換成有一定能量的頻譜，比較高和比較陡的視頻譜信號為有用信號。

由于雷達物位計具有測量精準、性能穩(wěn)定、可靠性高、維護簡便、適用范圍廣等優(yōu)點，其應(yīng)用范圍非常廣泛，涵蓋了電力、鋼鐵、冶金、水泥、石油化工、造紙、食品等行業(yè)，適用于粉塵、溫度、壓力變化大，有惰性氣體及蒸汽存在的場合。

紅外線與我們所熟悉的太陽能、無線電波一樣，是在一定波長范圍內(nèi)的電磁波。光束通過三梭鏡后會形成一條由紅、黃、橙、綠、青、藍、紫七色光排成的光譜，這些都是可見光，可見光的波長是0.0004mm—0.001mm的電磁波，紅外線的波長是0.3mm—0.0007mm的電磁波，波長比可見光長，位于紅光的外側(cè)屬于不可見光。

生產(chǎn)過程中，紅外測溫技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測，設(shè)備在線故障診斷和安全保護以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。

常見應(yīng)用：非接觸紅外測溫儀

非接觸紅外測溫儀，由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統(tǒng)是將目標物體輻射出的紅外能量匯聚起來，聚焦在光電探測器上，并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，再經(jīng)過電路運算處理電路后，換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的線性的溫度信號值，以便實現(xiàn)進一步的信號處理及控制。

優(yōu)點：

1、能測運動物體的溫度；

2、測溫范圍廣，適于高溫測量；

3、熱慣性小，探測器的響應(yīng)時間短，測溫響應(yīng)速度快，約2-3s，易于實現(xiàn)快速與動態(tài)溫度測量。在一些特定的條件下，例如核子輻射場，輻射測溫可以進行準確而可靠的測量；

4、測溫過程中不破壞被測對象的溫度場，不影響原溫度場分布。

缺點：

1、由于是非接觸式。輻射溫度計的測量受中間介質(zhì)的影響較大。特別是在工業(yè)現(xiàn)場條件下。周圍環(huán)境比較惡劣，中間介質(zhì)對測量結(jié)果的影響就更大。在這方面，溫度計波長范圍的選擇是很重要的；

2、它不能直接測得被測對象的真實溫度。要得到真實溫度，需要進行發(fā)射率的修正。而發(fā)射率是一個影響因素相當復雜的參數(shù)，這就增加了對測量結(jié)果進行處理的難度；

3、由于輻射測溫的原理復雜，導致溫度計結(jié)構(gòu)復雜，價格較高。

非接觸式測溫儀表主要有輻射溫度計、光纖輻射溫度計等。其中前者又分為全輻射溫度計、亮度溫度計(光學高溫計、光電高溫計)和比色溫度計。

常見應(yīng)用：非接觸在線紅外水分測定儀

在線水分檢測儀指的是在傳送帶上的物料不斷運動，通過近紅外光線照射，非接觸的測量物料的水分。

工作原理：分子結(jié)構(gòu)，像水中的氫-氧鍵會吸收特定波長的近紅外線（特定測量波段1940nm），在特定波長下，所反射回去的近紅外線能量和物料中水分子吸收的近紅外線能量成反比，根據(jù)能量的損失量就能計算出被測物料的含水率。水分子不是靜止的：當遇到特定的能量帶時，它們會振動。水分子中束縛兩個氫原子與氧原子的鍵會伸展、收縮、或以其它形態(tài)扭曲。需要外來的能量引起這些振動。需要的能量遍及整個電磁光譜的特定波段。在整個光譜的不同部位，有一些吸收波段十分強烈，有一些十分微弱。在光譜的近紅外部位，該等波段對于水分子特別強烈，同時儀器在發(fā)射、過濾和接收能量方面更容易實現(xiàn)。

常見應(yīng)用：紅外熱成像儀

紅外熱成像儀，可以以“面”的形式對目標整體實時成像，使操作者通過屏幕顯示的圖像色彩和熱點追蹤顯示功能就能初步判斷發(fā)熱情況和故障部位，然后加以后續(xù)分析，從而高效率、高準確率地確認問題所在。

紅外熱像儀是通過非接觸探測紅外熱量，并將其轉(zhuǎn)換生成熱圖像和溫度值，進而顯示在顯示器上，并可以對溫度值進行計算的一種檢測設(shè)備。紅外熱像儀能夠?qū)⑻綔y到的熱量精確量化，能夠?qū)Πl(fā)熱的故障區(qū)域進行準確識別和嚴格分析。

紅外成像儀非常易于使用，熱成像垂手可得,操作和直觀的屏顯指南，不需專業(yè)培訓便可進行準確的測量，只需指向目標，對準焦儀器，它就會自動調(diào)整溫度范圍來顯示清晰鮮明的圖像。

聲學測量技術(shù)

聲學測量法主要用于測距，其中超聲波測距技術(shù)應(yīng)用比較廣泛。為了以超聲波為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。要求使用高頻聲學換能器，來進行超聲波的發(fā)射和接受。超聲波的指向性很強，在固體介質(zhì)中傳播時能量損失小，傳播距離遠，因此常用于測量距離。

基本原理：超聲波測距的原理是在已知超聲波在某介質(zhì)中的傳播速度的情況下，當超聲波脈沖通過介質(zhì)到達被測面時，會反射回波，通過測量儀器測量發(fā)射超聲波與接收到回波之間的時間間隔，即可計算出儀器到被測面的距離。

特點：利用超聲波檢測速度快，靈敏度高，儀器體積小，精度也能達到大部分工業(yè)應(yīng)用的要求。傳統(tǒng)的聲學儀器大部分為模擬信號儀器，精度不高，穩(wěn)定性和可靠性不盡人意。數(shù)字化聲學測量技術(shù)卻可以彌補這些缺點，而且具有容易升級更新、可獲得很高的性能指標、存儲數(shù)據(jù)方便等優(yōu)點，逐步被人使用。

常見應(yīng)用：超聲波物位計

超聲波物位計多用于連續(xù)性測量，主要利用聲波碰到液面產(chǎn)生反射波的原理，測出從發(fā)射波發(fā)出到反射波返回整個過程所需要的時間。實際應(yīng)用中，就是將超聲波物位計垂直安裝于液體表面，當超聲波物位計工作時，會向液面發(fā)射一個超聲波脈沖，經(jīng)過一段時間，超聲波物位計的傳感器就會接到被液面返回的信號，根據(jù)超聲波物位計發(fā)出和接收超聲波的時間差，從而計算出液面到傳感器的距離，即可計算出液位的具體高度。

優(yōu)點：

1、與激光測距技術(shù)相比，有簡單和經(jīng)濟的優(yōu)點；

2、超聲技術(shù)一般不需要運動部件，所以在安裝和維護上又相應(yīng)比較方便；

3、超聲波物位計不僅能定點和連續(xù)測位，而且能方便的提供遙測或遙控所需的信號；

4、超聲波物位計與放射性測位技術(shù)相比，不需要防護。

缺點：

1、當超聲波傳播介質(zhì)密度發(fā)生變化，聲速也將發(fā)生變化，嚴重影響測量精度；

2、超聲波物位計對溫度壓力比較敏感，所以一般需要在常溫常壓下測量；

3、有些物質(zhì)對超聲波有強烈吸收作用，選用測量方法和測量儀器時要充分考慮液位測量的具體情況和條件。

超聲波物位計可廣泛應(yīng)用于石油、礦業(yè)、發(fā)電廠、化工廠、水處理廠、污水處理站、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保監(jiān)測、食品（釀酒業(yè)，飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、抗洪防汛、水文監(jiān)測、明渠、空間定位等許多行業(yè)。

常見應(yīng)用：聲納式外測液位計

一種利用聲納測距原理，“微振動分析”技術(shù)從容器外測量液位的儀表，不需要在罐壁上開孔，不用法蘭，不動火、不清罐，不接觸罐內(nèi)的液體和氣體，可實現(xiàn)在線安裝、維護，是一種完全非接觸隔離式儀表。

優(yōu)點：

1、穩(wěn)定可靠：高度精確和可靠的非接觸液位測量，無需對不斷變化的過程條件（如密度、粘度、酸堿度、介電常數(shù)、溫度和壓力）進行補償；

2、安全在線安裝：無過程連接接口的安裝方式無泄漏風險，并允許在內(nèi)含液體的儲罐在線進行安裝；

3、維護量小：無活動部件且無需重新標定，最大程度地減少了維護工作；

4、液位測量最理想選擇：隔離式非接觸技術(shù)是劇毒、易燃易爆、高純度和腐蝕性應(yīng)用的理想選擇。

缺點：受介質(zhì)形態(tài)影響，只能測量液態(tài)介質(zhì)，同時動力粘度＜30mp.s。

常見應(yīng)用：超聲波外測液位開關(guān)

超聲波外測液位開關(guān)是一種利用超聲波壁內(nèi)傳播衰減原理，結(jié)合“變頻超聲波”技術(shù)實現(xiàn)檢測的液位開關(guān)，采用余振式的工作方式。測量探頭吸附在容器外壁，是一種從罐外檢測液位的完全非接觸隔離式儀表?？蓮V泛適用于各種液體的液位檢測。

優(yōu)點：

1、安全：在測量有毒害、有腐蝕、有壓力、易燃爆、易揮發(fā)、易泄漏的液體時，不使用閥門、連通管、接頭，沒有漏點，不接觸罐內(nèi)的液體和氣體，非常安全。即使在儀表損壞或維修狀態(tài)下，也絕無引起泄漏、毒害、爆炸的可能；

2、安裝、維修方便：安裝維修時不動火，不清罐，不影響生產(chǎn)；

3、可靠耐用：傳感器和儀表中無機械運動部件，并嚴格密封，與外界隔離，不會磨損或腐蝕；

4、適用廣泛：與被測介質(zhì)的壓力、溫度、密度、介電常數(shù)、黏度及有無腐蝕性無關(guān)。

缺點：受介質(zhì)形態(tài)影響，只能測量液態(tài)介質(zhì)。

常見應(yīng)用：外夾式超聲波流量計

超聲波流量計利用超聲波在流體的順流和逆流中不同的傳播速度來測量。最常見的有時差法、速差法和頻差法。超聲波流量計具有非接觸式測量、低壓損、測量范圍寬等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛用于石油化工等行業(yè)的流量計量，特別適用于大口徑管道、非導電性流量測量。

外夾式超聲流量計可從以下角度分類：

第一，根據(jù)基本原理，外夾式超聲波流量計可分為時差法、聲循環(huán)法、相位差法、相關(guān)法、波距法、多普勒法等。

第二，根據(jù)超聲波探針的安裝方法，可以根據(jù)外部耦合和插入、插入和測量管段的存在與否來區(qū)分外部夾鉗超聲波流量計。

第三，外夾式超聲波流量計可根據(jù)通道數(shù)分為多通道和單聲道類型。

第四，根據(jù)性能特征，超聲波可以將外部鉗位超聲波流量計分為便攜式、固定式、標準型和低溫防水型。

優(yōu)點：

1、外夾式超聲波流量計可以實現(xiàn)非接觸測流量，即使是插入式或內(nèi)貼式超聲波流量計，其壓損也幾乎為零，其測流量的方便性與經(jīng)濟性是最佳的。
2、超聲波流量計水、氣、油各種介質(zhì)都可以測量，其應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣闊。
3、超聲波流量計的制造成本幾乎和口徑無關(guān)，在大口徑流量計量場合有著價格合理，安裝使用方便的綜合競爭優(yōu)勢。
4、便攜式超聲波流量計可以實現(xiàn)一臺流量計在各種管徑，各種材質(zhì)的管線上測流量，是作為標準表進行在線校準、比對或期間核查的首選流量計類型。
5、超聲波流量計具有其測流原理基于長度與時間兩個基本物理量的溯源方便性，可以預見它必將超越其它原理的流量計成為流量標準甚至是流量基準的載體。
6、超聲波流量計運行能耗極小，可方便地實現(xiàn)長年電池供電，加之先進的智能化主機可方便地進行網(wǎng)絡(luò)無線通信，其應(yīng)用前景更加廣闊。

缺點：

1、由于被測液體的溫度受超聲波探頭與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測液體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全影響。目前一般國產(chǎn)的超聲波流量計只能用于測量200 ℃以下的流體。

2、超聲波流量計的測量線路比一般流量計復雜。

3、測量精度不夠高。目前進口的超聲波流量計準確度等級在0.5 級左右。而國產(chǎn)的超聲波流量計準確度等級一般在1級或者更低些，不能夠完全滿足檢測要求。超聲波流量計受外界條件的影響比較大。比如測量管道附近有高電場、磁場等都會對超聲波流量計測量有影響。

經(jīng)過幾十年來的發(fā)展，非接觸測量技術(shù)得到了長足的提高，隨著安全要求的提升，非接觸測量技術(shù)將會得到越來越多的普及和應(yīng)用。