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. Описано вбудовану систему обробки даних для спектрометрів ЯМР широких ліній новог...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.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| _version_ | 1860215389675323392 |
|---|---|
| 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. |
| 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. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | 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.
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.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:16:19Z |
| format | Article |
| 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.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108241 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:16:19Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Костенко, И.Г. Молчанов, А.Н. Пичка, Т.В. Сапунов, Е.П. Службин, Ю.А. 2016-11-01T16:38:55Z 2016-11-01T16:38:55Z 2012 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 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108241 622.333:539.143.43 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. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Физика угля и горных пород Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР Вбудована система обробки даних для портативного спектрометра ЯМР Embedded data processing system for portable NMR spectrometer Article published earlier |
| spellingShingle | 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 |
| title | Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР |
| title_alt | Вбудована система обробки даних для портативного спектрометра ЯМР Embedded data processing system for portable NMR spectrometer |
| 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_short | Встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ЯМР |
| title_sort | встроенная система обработки данных для портативного спектрометра ямр |
| topic | Физика угля и горных пород |
| topic_facet | Физика угля и горных пород |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108241 |
| work_keys_str_mv | AT kostenkoig vstroennaâsistemaobrabotkidannyhdlâportativnogospektrometraâmr AT molčanovan vstroennaâsistemaobrabotkidannyhdlâportativnogospektrometraâmr AT pičkatv vstroennaâsistemaobrabotkidannyhdlâportativnogospektrometraâmr AT sapunovep vstroennaâsistemaobrabotkidannyhdlâportativnogospektrometraâmr AT službinûa vstroennaâsistemaobrabotkidannyhdlâportativnogospektrometraâmr AT kostenkoig vbudovanasistemaobrobkidanihdlâportativnogospektrometraâmr AT molčanovan vbudovanasistemaobrobkidanihdlâportativnogospektrometraâmr AT pičkatv vbudovanasistemaobrobkidanihdlâportativnogospektrometraâmr AT sapunovep vbudovanasistemaobrobkidanihdlâportativnogospektrometraâmr AT službinûa vbudovanasistemaobrobkidanihdlâportativnogospektrometraâmr AT kostenkoig embeddeddataprocessingsystemforportablenmrspectrometer AT molčanovan embeddeddataprocessingsystemforportablenmrspectrometer AT pičkatv embeddeddataprocessingsystemforportablenmrspectrometer AT sapunovep embeddeddataprocessingsystemforportablenmrspectrometer AT službinûa embeddeddataprocessingsystemforportablenmrspectrometer |