气相色谱工作站数据采集及分析软件的研究与实现

发布时间：2017-04-28 12:04

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【摘要】：气相色谱工作站数据采集及分析软件是一套基于气相色谱(GC)分析法的软件。其硬件结构已趋于稳定,但是与其配套的软件功能及性能依然存在较大的提升和改进空间。对色谱分析支持的好坏,会直接影响一款气相色谱分析仪器在国内外市场的认可度。因此,迫切需要色谱分析软件更具竞争力,能够同时在多个方面改善用户的日常使用体验、提高分析的响应速度和结果精确度。比如更大程度减少人工干预的可能性、高复用及再现的批量任务处理模式以提高色谱分析效率,优化分析流程改善繁琐的重复操作,更接近国外领先企业的产品,最终提升色谱分析结果准确度和精度等。论文工作主要包括:(1)明确论文的研究意义,深入调查国内外色谱分析软件领域中存在的问题,并对色谱分析仪器的硬件架构及分析原理仔细研究,总结当前存在的技术难点及挑战,色谱分析过程中确定自动积分的峰参数会最终影响定量计算结果的准确性。(2)利用自主研发的数据采集板和Windows多线程及串口通信技术,自定义通信协议帧的结构,实现了非阻塞式、实时高效且有容错能力的数据通信机制,可保证气相色谱实时数据的有效采集作业。并在此基础上扩展了协议帧结构,实现软件对仪器温度升温或恒温控制的能力,借此解放应用操作人员对仪器温度条件的人为监视及频繁的温度调节管理操作。(3)通过研究6种经典滤波算法的实现及性能指标数据的比对,制定最适的色谱滤波策略,在波形不失真的前提下实际提高滤波效果。(4)分析现存的3种常规识别算法中仍旧存在的问题,同时提出一种基于时域分析加入导数过滤机制可提高精度的改进型色谱谱峰识别的新算法。该算法避免依赖色谱峰特性寻峰,减少人工干预的同时,可降低识别的遗漏率和误判率,提高谱峰识别准确度,具备对各类色谱峰类型识别的普适性。(5)设计并实现了一套已被国内外市场认可的气相色谱工作站软件。论文对该软件进行可用性、性能等方面的测试,并通过实际分析案例来测试了整个色谱分析流程,结果表明软件的正确性、可靠性。
【关键词】：气相色谱 色谱分析 滤波策略 谱峰识别算法
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH833;TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 目前存在的问题12-13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.4 研究内容与取得的成果17-19
• 1.4.1 论文的主要工作17-18
• 1.4.2 论文的关键技术18
• 1.4.3 论文取得的成果18-19
• 1.4.4 创新点19
• 1.5 论文结构19-20
• 2 气相色谱技术的研究分析20-29
• 2.1 气相色谱基本工作原理20-21
• 2.2 气相色谱仪硬件架构21-23
• 2.2.1 气路系统21-22
• 2.2.2 进样系统22
• 2.2.3 分离系统22-23
• 2.2.4 检测系统23
• 2.2.5 分析系统23
• 2.3 色谱分析原理简介23-27
• 2.3.1 色谱曲线24-25
• 2.3.2 定性分析25
• 2.3.3 定量分析25-27
• 2.4 色谱工作站存在的问题27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 气相色谱工作站软件的设计29-41
• 3.1 气相色谱工作站软件需求分析29-31
• 3.2 软件系统的通信设计31-39
• 3.2.1 实时数据采集31-33
• 3.2.2 数据帧定义33-34
• 3.2.3 通信流程控制34-37
• 3.2.4 仪器参数及升温控制37-39
• 3.3 实时谱图动态渲染显示39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 滤波算法的设计与实现41-60
• 4.1 经典滤波算法的选型41-48
• 4.1.1 算术平均法41-42
• 4.1.2 移动平均法42
• 4.1.3 多项式平滑滤波法42-44
• 4.1.4 中值滤波44
• 4.1.5 离散傅里叶变换滤波法44-46
• 4.1.6 小波滤波46-48
• 4.2 各种滤波法在Matlab中的实现48-56
• 4.2.1 移动平均滤波的实现49-51
• 4.2.2 多项式平滑滤滤波的实现51-52
• 4.2.3 中值滤波的实现52-53
• 4.2.4 离散傅里叶变换滤波的实现53-55
• 4.2.5 小波滤波的实现55-56
• 4.3 色谱滤波方法选型56-57
• 4.4 滤波方法在本系统中的实现57-59
• 4.4.1 滤波策略的设计模式57-58
• 4.4.2 程序实现滤波效果58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 色谱信号的分析与处理60-75
• 5.1 积分程序61-62
• 5.2 色谱峰识别算法的设计62-66
• 5.2.1 色谱峰类型62
• 5.2.2 传统的谱峰识别算法62-63
• 5.2.3 改进的谱峰识别算法63-64
• 5.2.4 辅助数据预处理64-66
• 5.3 色谱峰识别算法的实现66-71
• 5.3.1 门限阀值δ和导数过滤器的确定67
• 5.3.2 峰起点、前拐点的判定67-69
• 5.3.3 波峰点、后拐点的的判定69
• 5.3.4 峰终点、重叠峰谷点的判定69-71
• 5.4 色谱峰识别算法的程序实现流程图71
• 5.5 重叠峰解析处理71-73
• 5.6 基线校正73
• 5.7 积分结果对比实验73-74
• 5.8 本章小结74-75
• 6 色谱工作站软件的测试与验证75-86
• 6.1 系统的部署75-76
• 6.2 软件的可用性测试76-80
• 6.3 软件的性能测试80-82
• 6.4 现场实际应用82-85
• 6.5 本章小结85-86
• 7 总结与展望86-88
• 7.1 工作总结86-87
• 7.2 进一步工作87-88
• 参考文献88-90
• 致谢90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 蔡天净;唐瀚;;Savitzky-Golay平滑滤波器的最小二乘拟合原理综述[J];数字通信;2011年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 吴雪雁;基于UML的N2010色谱数据处理软件设计和实现[D];浙江大学;2003年

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本文编号：332768