Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР

Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР

Описана встроенная система обработки данных для спектрометров ЯМР широких линий нового поколения. Разработан алгоритм автоматизированного определения содержания метана в различных фазовых состояниях в исследуемом угле....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2012
Автори: Костенко, И.Г., Молчанов, А.Н., Пичка, Т.В., Сапунов, Е.П., Службин, Ю.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2012
Назва видання:Физико-технические проблемы горного производства
Теми:
Физика угля и горных пород
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108241
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР / И.Г. Костенко, А.Н. Молчанов, Т.В. Пичка, Е.П. Сапунов, Ю.А. Службин // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 20-25. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-108241
record_format dspace
spelling irk-123456789-1082412016-11-02T03:02:22Z Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР Костенко, И.Г. Молчанов, А.Н. Пичка, Т.В. Сапунов, Е.П. Службин, Ю.А. Физика угля и горных пород Описана встроенная система обработки данных для спектрометров ЯМР широких линий нового поколения. Разработан алгоритм автоматизированного определения содержания метана в различных фазовых состояниях в исследуемом угле. Описано вбудовану систему обробки даних для спектрометрів ЯМР широких ліній нового покоління. Розроблено алгоритм автоматизованого визначення вмісту метану в різних фазових станах у вугіллі, що досліджується. Described embedded data processing system for wide-line NMR spectrometers of new generation. The automated determination of methane concentration in various phase states in the test coal algorithm was worked out. 2012 Article Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР / И.Г. Костенко, А.Н. Молчанов, Т.В. Пичка, Е.П. Сапунов, Ю.А. Службин // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 20-25. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. XXXX-0016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108241 622.333:539.143.43 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Физика угля и горных пород
Физика угля и горных пород
spellingShingle Физика угля и горных пород
Физика угля и горных пород
Костенко, И.Г.
Молчанов, А.Н.
Пичка, Т.В.
Сапунов, Е.П.
Службин, Ю.А.
Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР
Физико-технические проблемы горного производства
description Описана встроенная система обработки данных для спектрометров ЯМР широких линий нового поколения. Разработан алгоритм автоматизированного определения содержания метана в различных фазовых состояниях в исследуемом угле.
format Article
author Костенко, И.Г.
Молчанов, А.Н.
Пичка, Т.В.
Сапунов, Е.П.
Службин, Ю.А.
author_facet Костенко, И.Г.
Молчанов, А.Н.
Пичка, Т.В.
Сапунов, Е.П.
Службин, Ю.А.
author_sort Костенко, И.Г.
title Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР
title_short Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР
title_full Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР
title_fullStr Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР
title_full_unstemmed Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР
title_sort встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ямр
publisher Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate 2012
topic_facet Физика угля и горных пород
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108241
citation_txt Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР / И.Г. Костенко, А.Н. Молчанов, Т.В. Пичка, Е.П. Сапунов, Ю.А. Службин // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 20-25. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv AT kostenkoig vstroennaâsistemaobrabotkidannyhdlâportativnogospektrometraâmr
AT molčanovan vstroennaâsistemaobrabotkidannyhdlâportativnogospektrometraâmr
AT pičkatv vstroennaâsistemaobrabotkidannyhdlâportativnogospektrometraâmr
AT sapunovep vstroennaâsistemaobrabotkidannyhdlâportativnogospektrometraâmr
AT službinûa vstroennaâsistemaobrabotkidannyhdlâportativnogospektrometraâmr
first_indexed 2025-07-07T21:11:15Z
last_indexed 2025-07-07T21:11:15Z
_version_ 1837024071703855104
fulltext Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 20 УДК 622.333:539.143.43 И.Г. Костенко1, А.Н. Молчанов1, Т.В. Пичка1, Е.П. Сапунов1, Ю.А. Службин2 ВСТРОЕННАЯ СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДЛЯ ПОРТАТИВНОГО СПЕКТРОМЕТРА ЯМР 1Институт физики горных процессов НАН Украины 2Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины Описана встроенная система обработки данных для спектрометров ЯМР широ- ких линий нового поколения. Разработан алгоритм автоматизированного опреде- ления содержания метана в различных фазовых состояниях в исследуемом угле. В современных условиях сложно представить работу без оборудования, которое отвечает новейшим техническим требованиям и возможностям. Для разработки методик измерения или прогнозирования изменения контроли- руемых величин необходимо создание информационных систем измерения со встроенной системой обработки данных. Это значительно упрощает про- цесс определения зависимостей изменения заданной величины. Систему сбора и обработки экспериментальных данных современного оборудования можно обобщенно представить в виде, показанном на рис. 1. Аналоговая и цифровая части, входящие в систему регистрации, служат для регистрации и передачи данных в цифровом виде. Систему управле- ния, сбора и обработки данных формирует компьютерный блок, который разбит на две части. Назначение первой – управление работой всего устройства, второй – обработка данных, которые далее записывают в рабо- чую базу данных. Существует несколько методов обработки результатов эксперимента, среди которых можно выделить три основные группы: – механический или ручной метод; – механико-автоматический; – автоматический. Механическая обработка заключается в том, что исследователь сам про- считывает каждую точку данных в ручном режиме, при котором макси- мальным техническим средством является калькулятор. Механико-автома- тическая обработка является наиболее распространенной. Такая обработка предполагает частичное или полное использование специализированных Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 21 Система регистрации Аналоговая часть Цифровая часть Система управления, сбора и обработки данных Управление Обработка данных Хранение данных Рис. 1. Обобщенная структура измерительной системы прикладных программ. Для получения конечного результата зачастую необхо- димо использовать «повторные» расчеты, и при этом вводить часть прибли- жений вручную. Автоматический метод обработки результатов предполага- ет наличие навыков программирования или же работу с программистом. За- частую разрабатывается специализированное программное обеспечение, ко- торое соответствует потребностям исследователя или группы исследовате- лей. Встоенная программа обеспечения результатов может быть создана в двух формах: в первой, так называемой, версии для пользователей и во вто- рой – расширенной. В случае создания определенной программы обработки необходимо учесть, что версия для пользователя, то есть программа, которая не требует углубленного участия со стороны оператора, намного более трудоемка в разработке, чем расширенная. Это объясняется тем, что расширенная версия допускает участие высококвалифицированного исследователя при расчете. А обычная версия должна быть разработана таким образом, чтобы при включении программы оператор, обслуживающий то или иное эксперимен- тальное оборудование, мог получить не результат обработки полученных данных, опираясь на которые он должен сделать вывод, а готовый вывод и, по возможности, рекомендации к действию. Для создания программ обработки данных на базе экспериментального оборудования наиболее часто используются следующие программные про- дукты: Microchip MPLAB, Keil Microvision, Microsoft Visual Studio и MathSoft MATLAB. Актуальной задачей данной работы является разработка встроенной си- стемы обработки данных для портативного спектрометра ЯМР. В этом слу- чае необходимо рассчитать параметры широкой и узкой линий ЯМР- спектров. Расчетные формулы обзорного спектра и спектра узкой линии ЯМР 1Н угля имеют вид [1]: Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 22     2 2 2 2 0.32 0.32 exp 2 exp 2 x b x b y a c c                                 2 2 22 2 1 1 0.32 0.32 d f k f x b f x b                ,             2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 22 2 0.08 0.08 exp 2 exp 2 1 1 0.08 0.08 1 1 . 0.08 0.08 x b x b y a c c d f f x b f x b m n k n x b n x b                                                           Здесь параметры а, d и m являются амплитудами линий; с, f и n – ширины этих линий соответственно; параметр b – это смещение линии от центра координат по горизонтали, а параметр k – по вертикали. Значения 0,32 и 0,08 являются амплитудами модуляции, при которых производились записи линий. На основе приведенных формул была разработана программа для обработки сигналов ЯМР автодина на базе прикладного пакета MathCAD, чтобы прове- рить работоспособность нашего алгоритма обработки данных. Программа, по- лученная в результате предварительного тестирования алгоритма, выполняет все необходимые расчеты и показывает результат в графо-аналитическом виде, а также записывает данные, представленные на графике, в дополнительный ре- зультирующий файл. Однако полученная программа не может быть использо- вана в качестве интегрированной системы ввиду того, что для ее использования необходима предустановка коммерческой программы MathCAD, а это требует от конечного пользователя приобретения лицензии. При разработке программы в прикладном пакете MathCAD был получен положительный результат, который заключается в том, что программный код позволяет автоматически получить набор результирующих данных, рас- чет которых ранее требовал предварительного расчета каждого результиру- ющего параметра, а именно: шаг 1: расчет параметров широкой линии; шаг 2: расчет параметров узкой линии; шаг 3: интегрирование и расчет площадей под расчетными линиями; шаг 4: расчет содержания метана (или влажности исследуемого образца). Разработанная программа обеспечивает получение всех величин за один расчетный шаг и позволяет сохранить результат в удобной форме для воз- можного дальнейшего использования, рис. 2. Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 23 а б Рис. 2. Фрагменты тестирования алгоритма расчета в программе MathCAD: а – об- работка полученных спектров, б - расчет площадей спектральных линий Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 24 Дальнейшие работы по созданию интегрированной программы обработки данных велись на базе программной среды Microsoft Visual Studio с подклю- ченной библиотекой NI Measurement Studio 2010 компании National Instru- ments. На рис. 3 представлен графический интерфейс программы. Рис. 3. Графический интерфейс программы, интегрированной в спектрометр В разработанной программе использованы модельные представления о методике определения количества метана в различных фазовых состояниях в угле, изложенные в работе [2] и методике расчёта спектров ЯМР 1Н угля[1]. Алгоритм работы программы следующий: 1) запись обзорного спектра ЯМР 1Н угля; 2) запись узкой линии полного спектра; 3) автоматический расчет параметров широкой и узкой линий и запись результатов в файл данных; 4) математическая обработка спектра узкой линии по методике [2], в ре- зультате которого выделяются параметры компонент узкой линии в соответ- ствии с выбранной физической моделью процесса десорбции и фазового со- стояния метана в угле, запись полученных параметров в файл данных; 5) повторение процедуры пунктов 1 – 4 (количество циклов 10 – 15 в за- висимости от параметров угольного образца и других требований, устанав- ливаемых перед началом эксперимента); 6) объединение полученных результатов в единый файл данных; 7) автоматическое построение зависимости параметров компонент узкой линии, отражающей изменение во времени содержания фаз метана в уголь- ном образце; 8) автоматический расчет масс метана в различных фазовых состояниях по полученным экспериментальным данным, запись результатов в файл данных; Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 25 9) определение (расчет) характерного времени десорбции метана из ис- следуемого угля и образца и концентрации метана в образце в зависимости от времени, запись результатов в файл данных; 10) вывод на экран результатов анализа для визуального контроля в виде таблицы, результирующей зависимости, или прогнозного заключения (в соот- ветствии с требованиями, устанавливаемыми перед началом эксперимента). Описанная система управления работой спектрометра ЯМР показала свою эффективность в экспериментах, проводившихся на стационарном лабора- торном спектрометре. Интегрирование данного программного обеспечения с системой регистрации сигнала ЯМР портативного ЯМР-спектрометра позво- ляет создать лабораторный прибор для анализа содержания метана в угле, ко- торый можно будет использовать в шахтных лабораториях с минимальными требованиями к уровню подготовки обслуживающего персонала. 1. Алексеев А.Д. Аппроксимация экспериментальных спектров ЯМР 1Н углей [Текст] / А.Д. Алексеев, В.В. Завражин, А.Д. Меляков и др. // Физика и техника высоких давлений. – 2002. – Т. 12. – № 1. – С. 71–78. 2. Алексеев А.Д. Обоснование методики определения количества и фазового со- стояния метана в углях методом ЯМР [Текст] / А.Д. Алексеев, Г.П. Стариков, Т.А. Василенко и др. // Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю / Гол. ред. С. М. Александров. – № 1. – Донецьк: ДонНТУ, 2005. – С. 174–177. І.Г. Костенко, О.М. Молчанов, Т.В. Пічка, Є.П. Сапунов, Ю.О. Службін ВБУДОВАНА СИСТЕМА ОБРОБКИ ДАНИХ ДЛЯ ПОРТАТИВНОГО СПЕКТРОМЕТРА ЯМР Описано вбудовану систему обробки даних для спектрометрів ЯМР широких ліній нового покоління. Розроблено алгоритм автоматизованого визначення вмісту мета- ну в різних фазових станах у вугіллі, що досліджується. I.G. Kostenko, A.N. Molchanov, T.V. Pichka, E.P. Sapunov, U.A. Sluzhbin EMBEDDED DATA PROCESSING SYSTEM FOR PORTABLE NMR SPECTROMETER Described embedded data processing system for wide-line NMR spectrometers of new generation. The automated determination of methane concentration in various phase states in the test coal algorithm was worked out.

Схожі ресурси