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电感耦合等离子质谱上位机软件开发与设计

发布时间:2017-10-20 05:38

  本文关键词:电感耦合等离子质谱上位机软件开发与设计


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【摘要】:随着近代工业的发展,环境问题、食品安全问题和医药卫生等问题得到了人们的广泛关注,人们开始在意自己所处的环境和日常食品是否会给身体带来危害,因此需要清楚地知道自己所处的环境,食用的食品以及水质中都含有什么物质以及这些物质的含量是否超标。由于这些问题亟待解决,最近十几年来元素分析技术得到了快速的发展。如今大多数公司使用的元素分析技术是光谱和色谱技术,这些技术已经逐渐成熟并得到了很多分析仪器公司的广泛使用,由于光谱色谱检测待测元素和测量待测元素含量时阀值太高,最多只能检测到微克级别,而且需要的样品量比较大,对于核工业、水质重金属和地质中某些极为稀有元素的含量的检测显然已经不能满足要求。ICP-MS(电感耦合等离子质谱)测量元素含量时检测的阀值很低,能够达到纳克级别,而且灵敏度极好。然而现在的市场上所用的ICP-MS技术在测量元素含量时对信号进行去噪处理采用的算法一般分为多点滑动平均法和差分法。多点滑动平均法对于周期性信号有效性较高,但是待处理数据中存在较大误差大的点或者错误的点,多点滑动平均法会将错误的值计算到平均值中,影响测量结果;差分法采用的阈值具有不稳健性,剔除粗大误差点的效果不可靠。为了解决上述问题,本文做了如下工作:第一,使用自适应去噪处理算法,有效的去除了信号中的粗大误差点;第二,使用形态学滤波算法和凸包算法对图谱进行平滑滤波和基线校正,有效的提取有用的信号;第三,使用最小二乘法进行谱图拟合,这样可以精确的测得元素的含量。元素精准度的提高在核工业、地质稀有元素的检测等领域具有重大的意义。本文主要完成了ICP-MS上位机软件的开发。首先介绍了上位机系统设计方案。接着详细介绍了该上位机系统的设计过程和具体细节,包括如下几个模块:参数设置模块,完成上位机和下位机之间进行通信的必要的参数设置;通信模块,采用RS232通信,实现了上位机和下位机之间的通信;数据采集模块对下位机的数据进行采集并对采集的数据进行CRC校验;数据分析和处理模块,实现了从下位机采集的数据进行分析和去噪处理,进一步提高了元素含量测定的精准度;绘图模块使用最小二乘法进行数据拟合。然后通过固定宽度积分测量信号强度,以此得到待测元素的含量。最后通过联机对软件进行测试,测量结果显示精准度能够达到99.9%以上,明显好于目前市场上分析仪器99.3%的精准度,达到了对元素测量的要求,而且软件运行良好、稳定。
【关键词】:ICP-MS 元素分析 串口通信 数据处理
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TH843
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-11
  • 符号对照表11-12
  • 缩略语对照表12-15
  • 第一章 绪论15-19
  • 1.1 研究背景及意义15-16
  • 1.2 ICP-MS发展历史及现状16-18
  • 1.3 本文的各章节内容18
  • 1.4 本章小结18-19
  • 第二章 ICP-MS上位机软件总体方案设计19-25
  • 2.1 原理和框架19-20
  • 2.2 下位机数据采集卡工作原理20-21
  • 2.3 上位机总方案21-23
  • 2.3.1 开发环境的选择21
  • 2.3.2 数据收发的实现21-22
  • 2.3.3 数据提取22
  • 2.3.4 数据曲线的绘制22
  • 2.3.5 信号大小的计算22-23
  • 2.4 重难点分析23
  • 2.5 本章小结23-25
  • 第三章 ICP-MS上位机软件的具体设计及实现25-43
  • 3.1 系统结构和软件流程图25
  • 3.2 上位机系统的通信模块25-29
  • 3.2.1 串口控件的选择25-26
  • 3.2.2 串口的设置26-28
  • 3.2.3 串口的打开关闭和数据的选择28-29
  • 3.3 数据的CRC校验及分析29-30
  • 3.3.1 数据的CRC校验29
  • 3.3.2 数据的分析29-30
  • 3.4 数据的处理30-35
  • 3.4.1 自适应去噪处理30-31
  • 3.4.2 平滑滤波算法31-33
  • 3.4.3 基线处理算法33-35
  • 3.5 谱图解析模块35-39
  • 3.6 谱图绘制模块39-41
  • 3.7 信号强度测量模块41
  • 3.8 本章小结41-43
  • 第四章 ICP-MS上位机系统软件测试及打包安装43-55
  • 4.1 软件性能43
  • 4.2 软件测试43-47
  • 4.3 Windows Installer介绍47
  • 4.4 创建Windows安装项目47-48
  • 4.5 制作Windows安装程序48-51
  • 4.5.1 添加项目输出文件49-50
  • 4.5.2 创建快捷方式50-51
  • 4.6 添加注册表项51-52
  • 4.7 生成Windows安装程序52-53
  • 4.8 本章小结53-55
  • 第五章 总结与展望55-57
  • 5.1 总结55
  • 5.2 展望55-57
  • 附录57-63
  • 参考文献63-65
  • 致谢65-66
  • 作者简介66-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 向红军;雷彬;;PC与便携式仪表的串行通讯及数据处理程序设计[J];电子测量技术;2007年01期

2 费春国,白瑞祥;用VB6.0实现两机串口通讯及CRC16校验[J];天津轻工业学院学报;2002年04期



本文编号:1065541

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