基于LabVIEW和数据库的光谱仪器软件设计

论文摘要

原子吸收光谱分析仪在无机元素微量和痕量分析中占有极为重要的地位,是光谱分析中最主要的分析仪器,此法的优点是:试样用量极微、定量时受到元素干扰很小、检出限低、灵敏度及精确度高、分析速度快,应用范围广。实验室原子吸收光谱仪软件系统在使用中存在如下4方面的问题:功能冗余量大,设置繁琐。软件包含数十个操作界面,其中,多个界面涉及石墨炉原子化器、氢化物发生器、自动进样器等(本设备未带)的不必要的选择和设置工作,如:选择方法类型为火焰、设置进样模式为手动等。不仅增加了设置工作量,更由于界面信息量大而影响其界面的简洁度,容易导致漏操作和误操作;软件操作过程较复杂,不利于我院师生这些非本专业人士使用;不具备信息查询功能且其远程控制功能较难实现;只提供了前期数据的输出功能,即只能输出待测元素的吸光度和浓度信息,不能进行检测结果的后期处理工作。针对原软件系统存在的问题,本研究开发一种基于LabVIEW和数据库的光谱仪器软件,一方面降低其控制难度,另一方面适当扩展其功能,使该仪器能够更好地发挥作用。在此背景下,本课题研究了原子吸收光谱仪的发展历程、硬件发展新技术、应用软件的发展现状,以及光谱仪器未来发展方向。围绕开发过程介绍了原子吸收光谱仪的分析原理和组成,原子吸收分析中的定量分析方法以及曲线拟合技术。同时对虚拟仪器的相关理论,如:虚拟仪器的概念及发展、体系构成、软件开发环境、数据管理技术、网络结构,以及虚拟仪器在实验和教学中的应用等作了分析。本文在现有原子吸收光谱仪功能分析的基础上,采用Labview语言在Windows XP环境下开发了一套简单易用的软件系统,能够实现以下6个方面的功能:绘制校正曲线;进行试样分析;对分析结果存储或打印输出;能够对分析结果进行数据查询;能够对分析结果进行常用的数据处理;可轻松实现分析过程的远程发布,以方便教师进行实验演示,使学生在使用前对仪器操作过程有一定了解,从而避免对仪器使用不当引起的仪器损坏和测量结果不准确。本文以测定润滑油中铜元素的浓度为手段,对软件的各项功能进行了检验,得出结论:测得的浓度值与原系统偏差微小,能满足分析要求;软件操作简便,人机交互性良好;查询和后续数据处理功能灵活实用;远程发布设置简单,图像生动逼真。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 测量仪器发展过程
• 1.2 原子吸收光谱仪的发展历程及现状
• 1.2.1 吸收光谱仪的发展历程
• 1.2.2 原子吸收光谱仪硬件发展新技术
• 1.2.3 原子吸收光谱仪应用软件发展现状
• 1.2.4 光谱仪器的发展方向
• 1.3 课题的研究内容和意义
• 1.3.1 研究的目的及意义
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 技术路线
• 第二章 虚拟仪器开发原理
• 2.1 虚拟仪器概述
• 2.1.1 虚拟仪器的构成
• 2.1.2 基于虚拟仪器的数据管理技术
• 2.2 虚拟仪器在仪器控制中的应用
• 2.2.1 VISA 简介
• 2.2.2 GPIB 技术
• 2.2.3 SCPI 语言
• 2.3 本章小结
• 第三章 原子吸收光谱仪软件设计方法
• 3.1 软件开发平台的选择
• 3.1.1 通用编程软件
• 3.1.2 图形化软件开发环境
• 3.1.3 Labview 的特点
• 3.2 数据库的访问技术确定
• 3.2.1 利用中间文件存取数据
• 3.2.2 利用NI 公司的附加工具包
• 3.2.3 通过调用DLL 程序间接访问数据库
• 3.2.4 利用LabVIEW 的ActiveX 功能
• 3.2.5 利用LabVIEW 免费提供的LabSQL 工具包
• 3.3 网络通信技术确定
• 3.3.1 网络测控模式的选择
• 3.3.2 LabVIEW 网络通信
• 3.4 本章小结
• 第四章 原子吸收光谱分析方法
• 4.1 原子吸收光谱分析仪器的组成
• 4.1.1 光源
• 4.1.2 原子化器
• 4.1.3 光学系统
• 4.1.4 检测系统
• 4.1.5 数据处理系统
• 4.2 原子吸收光谱仪的分析原理
• 4.3 原子吸收分析中的定量分析方法
• 4.3.1 标准曲线法
• 4.3.2 标准加入法
• 4.3.3 直接比较法
• 4.3.4 标准稀释法
• 4.3.5 内插法
• 4.3.6 内标法
• 4.4 曲线拟合
• 4.4.1 线性拟合
• 4.4.2 曲线拟合
• 4.5 本章小结
• 第五章 应用软件功能设计
• 5.1 功能模块
• 5.2 系统功能分析
• 5.2.1 绘制校正曲线
• 5.2.2 分析试样
• 5.2.3 分析结果操作
• 5.2.4 软件帮助系统
• 5.2.5 远程面板显示
• 5.3 本章小节
• 第六章 系统主要功能的实现
• 6.1 系统结构
• 6.2 技术路线
• 6.3 系统主要功能的实现
• 6.3.1 仪器通讯
• 6.3.2 系统主界面
• 6.3.3 参数设置
• 6.3.4 绘制校正曲线
• 6.3.5 分析试样
• 6.3.6 数据库设计及调入
• 6.3.7 数据处理
• 6.3.8 远程发布
• 6.4 新旧软件系统的比较
• 6.5 本章小结
• 第七章 实验验证
• 7.1 实验目的
• 7.2 实验准备
• 7.2.1 油样搜集
• 7.2.2 油样处理方法的选择
• 7.2.3 所需化学试剂
• 7.2.4 标准溶液和标准系列的配制
• 7.2.5 处理方法
• 7.2.6 仪器工作条件
• 7.3 实验结果
• 7.4 数据后期处理
• 7.5 总结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 总结
• 8.2 创新点
• 8.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介