气相色谱仪智能化技术研究

论文摘要

色谱分析是现代分离分析的重要手段,气相色谱仪作为一种精密分析仪器是进行色谱分析的重要工具。它在医药、环保、食品安全保障体系、石油、化工、科学研究、质量技术监督等领域都发挥着巨大的作用。气相色谱仪的研制开发涉及到分析化学、机械电子、自动化、计算机等多个学科,是一项复杂的系统工程。研究如何在色谱仪系统开发中应用计算机技术、智能仪器技术、电子技术以及新材料、新工艺,从而提高色谱仪的智能化水平有着重要的现实意义。论文以山东大学机械工程学院智能检测数控研究室与济南精瑞达分析仪器有限公司合作开发GC-2090型气相色谱仪项目为背景,围绕气相色谱仪智能化设计展开研究。本文主要包括气相色谱仪信号采集处理、图谱显示及自动调零系统的硬件组成、软件系统的设计、自动进样器方案设计和系统调试等几部分内容。文章首先对课题的背景进行了介绍,随后探讨了智能仪器系统的组成、工作原理及发展趋势,研究了如何在气相色谱仪开发中采用智能仪器技术。在深入了解色谱检测原理的基础上,设计了一种高精度的微电流测量电路,分析了气相色谱仪图谱显示及自动调零功能,确定了设计要求,给出了色谱仪图谱显示及自动调零整体方案。完成了系统的硬件电路设计,并针对仪器的实际应用状况确定了电气参数、芯片选型、电路图设计,讨论了各电路的功能原理及指标。同时根据智能仪器测控系统的特点设计了相关系统的软件,详细阐述了各功能子模块程序的设计及实现方法。数据处理方面在波峰查找过程中,根据色谱曲线的特点,采用了一种基于逐点比较直线插补算法的数据拟合与曲线显示,快速解析波形信息;在使用数字滤波的基础上,实现谱图处理、定性定量分析和分析结果的存储调用。根据气相色谱仪进样精度及效率的要求,对气相色谱仪自动进样系统进行了方案设计。对整机性能进行了考核分析,进一步验证所设计系统的正确性。最后对整个论文研究的内容和所作的工作进行了总结,展望了色谱仪的发展前景以及研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 智能仪器研究与发展现状
• 1.2.1 智能化仪器的发展概况
• 1.2.2 智能仪器的组成和工作原理
• 1.2.3 智能仪器的功能特点
• 1.2.4 智能仪器的设计原则及发展趋势
• 1.3 气相色谱技术发展研究现状
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 气相色谱仪工作原理及功能特点
• 2.1 气相色谱分析原理
• 2.1.1 气相色谱工作原理
• 2.1.2 气相色谱法的特点
• 2.2 气相色谱仪
• 2.2.1 气相色谱仪的基本结构
• 2.2.2 色谱仪新增功能分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 气相色谱仪智能化相关硬件设计
• 3.1 硬件系统的设计准则
• 3.2 相关系统总体设计
• 3.2.1 相关系统总体设计及工作原理
• 3.2.2 仪器系统核心部件选型
• 3.3 CPU中央处理器
• 3.4 AT89C52复位电路设计
• 3.5 单片机外扩电路设计
• 3.6 模拟输入通道设计
• 3.6.1 检测器
• 3.6.2 前置放大电路设计
• 3.6.3 AD采样设计
• 3.7 自动调零设计
• 3.7.1 自动调零方案设计
• 3.7.2 调零电路硬件设计
• 3.7.3 DA输出电路设计
• 3.8 气相色谱仪自动进样系统
• 3.8.1 气相色谱仪进样方式与进样装置
• 3.8.2 自动进样器方案设计
• 3.9 人机接口设计
• 3.9.1 键盘接口电路设计
• 3.9.2 液晶显示器接口电路设计
• 3.10 抗干扰设计
• 3.10.1 干扰的后果
• 3.10.2 气相色谱仪的硬件抗干扰设计
• 3.10.3 气相色谱仪的软件抗干扰设计
• 3.11 本章小结
• 第4章 气相色谱仪智能化相关软件设计
• 4.1 概述
• 4.2 软件系统的设计准则
• 4.3 液晶显示设计
• 4.3.1 液晶显示画面设计
• 4.3.2 液晶模块初始化
• 4.4 图谱显示模块软件设计
• 4.4.1 数据采集模块设计
• 4.4.2 画面识别模块设计
• 4.4.3 量程设置模块设计
• 4.4.4 仪器标定及数据处理模块设计
• 4.5 自动调零模块软件设计
• 4.5.1 DA线性算法
• 4.5.2 自动调零软件设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 性能指标考核及实验结果分析
• 5.1 调试工具
• 5.2 软硬件综合调试及实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表