Устройство для определения границ аналитического пика

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ АНАЛИТИЧЕСКОГО ПИКА, содержащее цифровой фильтр, соединенный входом с входом устройства, а выходом - с входом цифро-аналогового преобразователя , и интегратор, подключенный выходом к входу порогового блока, соединенного выходом с выходом устройства, отличаю щеес я тем, что, с целью повышения точности определения границ пиков при наличии шумов, в него введены сумматор, удвоитель амплитуды, ключ и блок запоминания, подключенный входом через ключ к выходу сумматора , а выходом - к входу интегратора, д соединенного выходом через удвоитель S амплитуды с первым входом суюлатора, b подключенного вторым входом к выходу цифроаналогового преобразователя.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

З(51) G 06 0 7 18 ° G 06 Z 3/

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3490190/18-24 (22) 01 ° 09.82 (46) 07;04.84. Вюл. Р 13 (72 ) П.К.Ланге и И.В,Шафранский (71 ) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический ин. ститут им. В.В.Куйбышева (53 ) 681.335(088.8 ) (56) 1. Силис Я.Я. и др. Первичная обработка хроматограмм и спектров на ЭВМ. Рига, "Зинатне", 1980, с.9-17..

2. Интегратор цифровой автоматический И-02. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

3. Гуревич A.Ë. и др. Автоматизация обработки хроматографической информации. М., "Энергия", 1973, с.30-36 (прототип) ° (54 )(57) УСТРОЙСТВО дЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ГРАНИЦ АНАЛИТИЧЕСКОГО ПИКА, содержащее цифровой фильтр, соединенный входом с входом устройства, а выходом — с вхОдом цифро-аналогового пре. образователя, и интегратор, подключенный выходом к входу порогового блока, соединенного выходом с выходом устройства, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности определения границ пиков при наличии шумов, в него введены сумматор, удвоитель амплитуды, ключ и блок запоминания, подключенный входом через ключ к выходу сумматора, а выходом — к входу интегратора, соединенного выходом через удвоитель Е амплитуды с первым входом сумматора, подключенного вторым входом к выходу цифроаналогового преобразователя.

1084822 иах, 5

15

Целью изобретения является повышение точности определения границ пи- 50 ков при наличии шумов.

Эта цель достигается тем, что в устройство для определения границ аналитического пика, содержащее цифровой фильтр, соединенный входом с входом устройства, а выходом — с вхо-55 дом цифроаналогового преобразователя, и интегратор, подключенный выходом к входу порогового блока, соединенного выходом с выходом устройства, введены сумматор, удвоитель амплитуды, ключ 60 и блок запоминания, подключенный входом через ключ к выходу сумматора, а выходом — к входу интегратора, соединенного выходом через удвоитель амплитуды с первым входом сумматора, 65

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может найти применение в системах автомат эации аналитических измерений (хром тографических, масспектрометрически рентгеноструктурных и т.д.) .

Известно устройство для определе ния границ аналитического пика, осно ванное на кусочно-полиномиальной аппроксимации участков пика вблизи его границ с последующим дифференци 0 .рованием рассчитанных полиномов и содержащее специализированный цифро вой вычислитель f1) .

Недостатком данного устройства является конструктивная сложность.

Известно также устройство для определения границ аналитического пика, содержащее последовательно соединенные цифровой фильтр, блок . дифференцирования и пороговый блок,(2)20

Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость, что вызывает большие погрешности при определении границ зашумленных пиков.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения границ

:аналитического пика, содержащее циф ровой фильтр, соединенный входом с входом устройства, а выходом — с входом цифроаналогового преобразователя, и интегратор, подключенный выходом к входу порогового блока, соединенного выходом с выходом устройства, причем вход интегратора 35 подключен к выходу цифроаналогового преобразователя. Принцип работы известного устройства основан на интегрировании аналитического сигнала и определении уровня сигнала, при 40 котором он превышает заданную пороговую величину f3) .

Недостатком известного устройства является пониженная точность определения границ пиков при наличии шумов из-за невысокой крутизны аналитичес кого сигнала на границах пиков. йодключенного вторым входом к выходу цифроаналогового преобразователя.

На чертеже изображена блок-схема устройства для определения границ аналитического пика.

Устройство содержит вход 1, цифровой фильтр 2 (пятиточечного типа), цифроаналоговый преобразователь 3, сумматор 4, ключ 5, блок 6 запоминания, интегратор 7, удвоитель 8 амплитуды (инвертирующий масштабный усилитель с коэффициентом передачи, равным 2), пороговый блок 9 и выход 10 устройства.

Устройство работает следующим образом.

На вход 1 устройства через равнЫе интервалы времени поступают в цифровом коде ординаты 1 (Х) аналитического сигнала (Х) в смеси с шумом.

На каждом иэ этих интервалов сигнал

q(X) описывается полиномом О-й, 1-й или- 2-й степеней в зависимости от того, что представляет собой этот сигнал на данном интервале: базовую линию или аналитический пик. Базовая линия: — это горизонтальный участок сигнала, который точно описывается полиномом 0-й степени, а каждый интервал аналитического пика может быть точно описан полинОмом 1-й или

2-й степени. В соответствии с этим устройство аппроксимирует аналитический сигнал на каждом интервале полиномом О-й,, 1-й или 2-й степеней, причем на границах интервалов аппроксимирующие полиномы непрерывны вместе со своей первой производной, т.е. устройство реализует сплайн — аппроксимацию аналитического сигнала. В результате этого на выходе интегратора 7 получаем первую производную сигнала без применения дифференциатора, что обеспечивает высокую помехоустойчивость (так как сигнал сглаживается дважды: цифровым фильтром и интегратором), высокую чувствительность обнаружения гарниц аналитического пика (так как обнаружение происходит не по значению сигнала, а по его производной).

Принцип работы устройства рассмотрим на одном из интервалов (Х, Х;„, дискретизации сигнала, так как на других интервалах процессы повторяются. Для формирования аппроксимирующего полинома на этом участке в цифровом фильтре 2 должны храниться пять значений аналитического сигнала из окрестностей этого участка

Ь<-z1 (»<-<14(»" (»iф„)> (» i ó)

B цифровом фильтре значения сигнала умножаются на некоторые постоянные коэффициенты, определяемые импульсной характеристикой, и суммируются, в результате чего на выходе фильтра

1084822 получаем величину ф, которая на протяжении всего участка остается постоянной

Qj = K>j-gl — (х - 1+- (х ° ) «хн,)10

q"(y) =Q; =1у (к). ции сигнала и точно соответствует аналитическому сигналу, если тот опи20 ,сывается полиномом 0-й 1-й или 2-й

I степеней. Используемые соотношения (1) и (2 ) получены из условия аппрок" симации входного сигнала полиномиальными сплайнами 2-й степени дефекта 1, весовые коэффициенты при которых выбирались из условия совпадения аппроксимирующего сплайна и аналитического сигнала, являющегося на текущем отрезке полиномом О-й, 1-й или 2-й степеней (предполагалось, что отрезки могут быть достаточно малой длины).

Составитель С.Казинов

Редактор Л.Гратилло Техред A.A÷ Корректор Г.Решетняк

Заказ 2013/45 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4

Для того, чтобы получить на выходе интегратора 7 первую производную аналитического сигнала y (X) на

его вход необходимо пОдать вторую производную (f (Ì), которая определяется следующим выражением:

Эта формула реализуется сумматором 4, на второй (прямой) вход которого поступает величина Q а на первый (инверсный) вход — удвоенное значение первой производной сигнала с выхода интегратора 7, Так как устройство аппроксимирует аналитический сигнал полиномом до 2-й степени, то на протяжении каждого участка дискре тизации вторая производная сигнала остается постоянной. Поэтому величина(у (М) подается через ключ 5 на блок б запоминания, где и хранится на протяжении всего участка (Х;, Х „,,) . Ключ 5 кратковременно замыкается в момент начала каждого участка от устройства, осуществляющего дискретизацию аналитического сигнала (не показано).. В результате этого на выходе интегратора получаем первую производную аналитического сигнала, которая поступает на пороговый блок 9.

Такова работа, устройства на протяжении одного участка дискретизации (Х, Х 1„л,) . В момент окончания этого участка на вход цифрового фильтра 2 поступает очередное значение зашумленного аналитического сигнала f (Х, ) . В цифровом фильтре происходит сдвиг хранящихся там значений сигнала. В результате этого на прямой вход сумматора поступает очередное новое значение Q,„, а так как при поступлении в цифровой фильтр значения 1 (Х;,z) кратковременно замкнулся ключ 5, то в блок б запоминания поступило значение второй производной сигнала на участке (X„, Х „, ) . Таким образом, на л 4л выходе интегратора 7 получим первую . производную на этом участке. В бло35

45 а

55 ке 9 первая производная сравнивается с некоторым, заранее заданным пороговым значением. В момент начала аналитического пика первая производная положительна и ее превышение порогового значения свидетельствует о начале пика. В конце аналитическоro пика первая производная отрицательна и ее уменьшение (по абсолютной величине) ниже порогового уровня свидетельствует об окончании пика.

Если на каком-либо участке дискретизации сигнала появляются границы ниже пика, то блок 9 выдает соответствукнцие команды, которые поступают на выход 10 устройства. При этом первая производная на выходе интегратора 7 непрерывна в точках дискретизаВ результате определения первой производной зашумленного аналитического сигнала повышается точность определения границ аналитического пика. Например, при соотношении сигнал/шум, равном 5 (при амплитуде пика, равной 10, и среднеквадратичном значении шума, равном 2), погрешность определения границ пика составляет около 4В от его ширины. В этих же условиях погрешность определения границ пика с помощью серийно выпускаемого устройства И-02 (устройство для обработки результатов хроматографического анализа) составляет около 10%.

Повышение точности определения гарниц пиков позволяет повысить точность определения состава и свойств веществ в аналитических измерительных системах. В производственных условиях в химической и смежных с ней отраслях промышленности это обеспечит улучшение качества выпускаемой продукции и экономию сырья.