[發明專利]一種自動化氣相色譜控制系統

在審

• 申請號: 201410567617.1
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104297504A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 胡文俊;黃宇青;應建華;戎俊琪
• 申請（專利權）人: 上海申騰信息技術有限公司
• 主分類號: G01N35/00
• 分類號: G01N35/00;G01N30/88;G06F17/30;H04L29/08
• 代理公司: 上海三方專利事務所 31127
• 代理人: 李美立;單大義

1.一種自動化氣相色譜控制系統，包括自動化氣相色譜儀中心控制器、網絡化及數據通信接口、自動化色譜數據處理控制工作站和色譜分析數據庫，其特征在于自動化色譜數據處理控制工作站包括色譜圖處理與分析模塊，所述的色譜圖處理與分析模塊具體方法如下：

a.數據預處理：任何一個色譜系統都存在系統噪聲，從色譜儀檢測器輸出的模擬信號是毫伏級的微小信號，需要經過放大器放大到-5～+5v之間，再由采集設備采集并轉化為數字信號輸入到計算機中，這個過程就常伴隨有較大的隨機干擾，必須經過數據預處理，噪聲濾除，噪聲濾除通過數字濾波實現，預處理的數字濾波方法包括：移動平均法、最小二乘曲線擬合法、阻尼最小二乘估計濾波法；

b.色譜峰識別：包括峰檢測、峰上各特征點的檢測、峰結構的識別、相鄰峰重疊的判別、譜圖基線校正，通過譜圖識別，就可以獲取譜圖中峰的位置及凈強度，為后續的定性、定量計算提供依據；

c.基線校正：色譜圖的基線是在沒有分析樣品的情況下系統的本底信號,計算色譜峰大小時需扣除儀器系統的本底背景，即需要扣除基線以下的面積以獲得色譜峰的凈面積，因為待測物質的含量只與色譜峰的凈強度有對應關系，色譜圖中的基線往往會發生漂移、扭曲現象，屬于色譜圖中寬度大于峰寬水平的低頻類噪聲，當接連發生色譜峰重疊時，譜圖中還會出現基線消失的情況，譜圖基線校正方法主要有：線性模型法、高階模型法、動態模型法；

d.色譜峰校正：理想狀態下的色譜峰應該是高斯形曲線，然而對于某些混合物，無論怎樣改變儀器的操作條件，很難使其中的某些組分在譜圖上充分分離，這就形成了譜圖中常見的譜峰重疊現象，為了準確測定面積，就需要進行色譜峰的校正，即對重疊峰進行分割，在進行重疊峰分割時，系統主要考慮常見的兩種情況：連峰型重疊峰和肩峰型重疊峰，對于分離度極為不好的峰的識別，或者遇到特殊混合樣的情況，需要手動進行處理,由用戶設置峰高門限、最小峰面積、以及分組時N值的大小參數，從而使系統重新分析該周期的數據，滿足樣品分析和色譜峰校正；

e.峰高、峰面積計算：峰高和峰面積都可實現對色譜信號的定量分析，峰高即色譜峰的最高點至基線的垂直距離，峰面積是色譜圖上的基本定量數據，峰面積測量的準確度直接影響定量結果，采樣得到的色譜數據必須首先通過峰識別函數識別出色譜峰的各個特征點，然后定出譜圖的基線，最后由積分函數對每個色譜峰進行積分得到峰面積；

f.樣品濃度計算：當被分析樣品的色譜峰被色譜工作站判定和積分后，系統就可以把欲測樣品組分的峰面積或峰高的數據給出或存儲起來，用這些數據進行樣品濃度計算，濃度計算方法包括:面積和峰高百分比、歸一化法、外標法、內標法；

g.圖譜特征提取：是指提取圖像信息，把圖像上的點分為不同的子集，其結果之一提取到一系列與時間序列相關的離散化直方圖，在色譜圖預處理、色譜峰識別、基線校正、樣品濃度計算處理之后，可以通過圖譜特征提取的方法，對具備典型特征的色譜圖進行自動或手工特征提取，并存儲到相關的特征庫中，為指紋圖譜相似度分析提供基礎依據；

h.指紋圖譜相似度分析:在圖譜特征提取的基礎上，形成離散化的指紋圖譜，存儲到指紋圖譜庫中，為色譜指紋圖譜相似度分析提供參考。

2.如權利要求1所述的一種自動化氣相色譜控制系統，其特征在于所述的自動化氣相色譜儀中心控制器包括：

數據傳輸模塊：基于RJ45網絡接口開發色譜處理與分析工作站的通信接口，滿足色譜工作站與中心控制器之間的傳輸數據量大的要求，實現任意一臺色譜工作站都可以直接控制多臺色譜設備，

自動進樣控制模塊：包括溶劑清洗、樣品清洗、定量取樣、順序操作控制、故障檢測，自動進樣器實時多路PWM脈寬調制配置進樣器多軸控制系統驅動，從而組成多功能的一體化的控制器，自動進樣器可提供聯機和脫機兩種工作方式，

多種檢測器數據采集：數據通信接口包含多種檢測器數據采集接口、命令控制接口和故障預警接口，基于嵌入式方法和通信控制方法，中心控制器與自動進樣器、各類檢測器的通信接口采用串行通信為主；

氣相色譜的溫度控制、電子氣體流量控制與事件控制：根據氣相色譜溫度控制、電子氣體流量控制與事件控制的需求，滿足多道多階溫度程序升溫、等溫控制要求，滿足多種氣體的電子氣體流量控制要求，

故障診斷：采用虛擬儀器方法，利用軟件在設備屏幕上構成虛擬儀表面板，在硬件的支持下對設備狀態進行檢測，硬件配置選用數據采集板作為數據采集設備，軟件配置通過指令收發的響應時間，對信號進行分析，采用專家系統、神經網絡，故障樹方法進行故障分析和診斷。