一種工業(yè)核磁共振分析儀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

蔡明知

摘要：本文提出了一種工業(yè)核磁共振分析儀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案，并給出了具體的系統(tǒng)組成和功能模塊設(shè)計(jì)。通過實(shí)際測試及應(yīng)用，達(dá)到了數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示、參數(shù)設(shè)置、相位矯正等功能，滿足了工業(yè)核磁共振分析儀實(shí)際應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：核磁共振；系統(tǒng)軟件；數(shù)據(jù)采集；相位矯正

中圖分類號(hào)：TH763 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）06-0184-02

工業(yè)核磁共振分析儀是一種利用核磁共振技術(shù)分析過程物流性質(zhì)的工業(yè)在線分析儀器。通過氫原子核化學(xué)位移譜圖，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分、理化參數(shù)等進(jìn)行在線分析。指導(dǎo)生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制，穩(wěn)定工藝，提高產(chǎn)品收率。可廣泛應(yīng)用于石化、化工、制藥、食品等行業(yè)。

工業(yè)核磁共振分析儀系統(tǒng)軟件的軟件需求包括三個(gè)不同的層次：業(yè)務(wù)需求、用戶需求和功能需求。業(yè)務(wù)需求反映了組織機(jī)構(gòu)或客戶對系統(tǒng)、產(chǎn)品高層次的目標(biāo)要求。用戶需求描述了用戶使用產(chǎn)品必須要完成的任務(wù)。功能需求定義了開發(fā)人員必須實(shí)現(xiàn)的軟件功能，使得用戶能完成預(yù)設(shè)的任務(wù)，從而滿足了業(yè)務(wù)需求。

本文提出了一種工業(yè)核磁共振分析儀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案，并給出了具體的系統(tǒng)組成和功能模塊設(shè)計(jì)。通過實(shí)際測試及應(yīng)用，達(dá)到了數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示、參數(shù)設(shè)置、相位矯正等功能，滿足了工業(yè)核磁共振分析儀實(shí)際應(yīng)用需求。

1 總體方案設(shè)計(jì)及系統(tǒng)組成

核磁共振工業(yè)分析系統(tǒng)軟件發(fā)過程中遵循的開發(fā)原則是清楚、完整，并且具有一致性、可測試性、可跟蹤的、可修改性。

2 主要功能模塊

2.1 軟件界面

軟件的主界面包含菜單欄，工具欄，狀態(tài)欄，主顯示圖，快捷顯示區(qū)，參數(shù)顯示區(qū)等部分。

圖1中各個(gè)菜單及圖標(biāo)功能說明：1、文件。2、加載：加載保存的數(shù)據(jù)。3、Options：選擇項(xiàng)，包括添加基線、調(diào)節(jié)相位、補(bǔ)零等。4、保存：保存設(shè)置。5、打印：打印頻譜。6、開始：運(yùn)行軟件。7、停止：停止運(yùn)行。8、參數(shù)設(shè)置：設(shè)置控制臺(tái)相關(guān)參數(shù)包括發(fā)射頻率、脈沖寬度、接受增益等。9、串口設(shè)置：設(shè)置串口順序。10、勻場：調(diào)出勻場調(diào)節(jié)項(xiàng)。11、鎖場：設(shè)置鎖場相關(guān)項(xiàng)。12、參數(shù)預(yù)測13、溫度：調(diào)出磁體溫控以及空調(diào)控制。14、適圖顯示：顯示適合大小的圖譜。15、時(shí)域顯示：顯示時(shí)域信號(hào)。16、頻域顯示：顯示頻域信號(hào)。17、幫助。18、實(shí)部顯示。19、虛部顯示。20、實(shí)部&虛部顯示。21、當(dāng)前發(fā)射頻率顯示。22、采樣點(diǎn)數(shù)顯示。23、采樣率顯示。24、脈沖寬度顯示。25、磁體溫度顯示。26、空調(diào)溫度顯示。

2.2 數(shù)據(jù)采集功能

點(diǎn)擊菜單欄“開始”按鈕之后，軟件會(huì)根據(jù)參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)際測量工作，并通過通信端口獲得初始的核磁共振自由衰減信號(hào)（FID）數(shù)據(jù)。控制臺(tái)系統(tǒng)采用正交檢測的方法，因此FID數(shù)據(jù)包含兩部分I通道和Q通道。

2.3 相位矯正

以水中氫原子核的核磁共振信號(hào)為例。經(jīng)過傅里葉變換之后，圖2（a）的軌跡說明相位誤差的存在，因?yàn)槠渥笥也粚ΨQ，不符合洛倫茲線型。這個(gè)誤差可通過手動(dòng)的或者自動(dòng)的相位矯正功能來修正。相位調(diào)整分為一階相位調(diào)整和零階相位調(diào)整。圖2中右（b）是相位矯正之后的效果。

2.4 譜圖標(biāo)準(zhǔn)化

譜圖標(biāo)準(zhǔn)化是將原始譜圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為固定點(diǎn)數(shù)并且等間隔的標(biāo)準(zhǔn)譜。在此軟件中，標(biāo)準(zhǔn)譜的點(diǎn)數(shù)為301點(diǎn)，對應(yīng)的譜圖長度為0ppm-15ppm，即每0.05ppm取一個(gè)點(diǎn)。這樣做有利于不同樣品、不同儀器做出的譜圖定量化標(biāo)準(zhǔn)化，消除頻率差異等造成的譜圖的不確定性，提高化學(xué)計(jì)量學(xué)建模和應(yīng)用的精度。圖3為標(biāo)準(zhǔn)化譜圖數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

本文提出了一種工業(yè)核磁共振分析儀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案，并給出了具體的系統(tǒng)組成和功能模塊設(shè)計(jì)。通過實(shí)際測試及應(yīng)用，達(dá)到了數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示、參數(shù)設(shè)置、相位矯正等功能，滿足了工業(yè)核磁共振分析儀實(shí)際應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)

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Abstract：In this paper， a software design scheme of industrial NMR analyzer system is presented， and the specific system composition and function module design are given. Through practical testing and application， the functions of data acquisition， real-time display， parameter setting and phase correction have been achieved， which meet the practical application requirements of industrial nuclear magnetic resonance analyzer.

Key words：nuclear magnetic resonance； system software； data acquisition； phase correction