CN116399996A - 基于热导检测的有机元素分析方法、装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于热导检测的有机元素分析方法、装置及电子设备，涉及有机元素分析领域，该方法包括：采集待检测有机元素的峰面积参数，其中所述峰面积参数包括热导检测电压值和采样点的***时戳；计算所述峰面积参数的一阶导数；对所述一阶导数进行滤波处理，并得到滤波处理后的所述一阶导数的最大值和最小值；基于所述一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件；基于所述峰识别条件计算峰面积。通过对检测中的参数进行处理和过滤，能够准确计算出峰面积结果，排除数据的干扰，降低用户使用门槛。
Description
技术领域
本发明涉及元素分析技术领域，尤其是涉及一种基于热导检测的有机元素分析方法、装置及电子设备。
背景技术
使用热导检测方式的有机元素分析仪用于测量碳、氢、氮、硫、氧元素在样品中的含量，当含有上述元素的气体分别通过热导检测器时，热导检测器输出随时间变化的电压信号，其信号的面积大小与对应元素的含量成比例关系，通过测量面积大小可以得到对应元素的含量信息。
现有的通过热导检测来对元素含量进行分析的方法中，对检测峰面积的计算，对峰形的要求较高，当峰形不对称时，通过通过峰高来衡量峰面积的方法就会出现较大偏差，当基线不稳定时，通过累加数据得到的峰面积会有较大偏差，当峰较窄时，通过峰高和半峰宽的乘积得到的峰面积，对数据采集时的时间有较为严格的要求，这样很难保证结果的准确性，当峰形变化时，也给测量人员的测量加大了难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于热导检测的有机元素分析方法、装置及电子设备，通过对检测中的参数进行处理和过滤，能够准确计算出峰面积结果，排除数据的干扰，降低用户使用门槛。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于热导检测的有机元素分析方法，包括：
采集待检测有机元素的峰面积参数，其中所述峰面积参数包括热导检测电压值和采样点的***时戳；
计算所述峰面积参数的一阶导数；
对所述峰面积参数的一阶导数进行滤波处理，并得到滤波处理后的所述一阶导数的最大值和最小值；
基于所述一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件；
基于所述峰识别条件计算峰面积。
进一步地，通过以下公式计算所述峰面积参数的一阶导数：
其中
为第i个采样点的一阶导数，/>
为第i个采样点的热导检测电压值，/>
为第i个采样点的***时戳，N表示已采样点的个数。
进一步地，基于所述一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件包括：
基于所述一阶导数的最大值确定上升斜率阈值，基于所述一阶导数的最小值确定下降斜率阈值；
基于所述上升斜率阈值和下降斜率阈值确定峰的起始点和终止点。
进一步地，基于所述峰识别条件计算峰面积包括：
确定最高峰的所有采样点中的最大值和对应的***时戳；
筛选出符合预设条件的峰宽。
进一步地，通过取相邻两个采样点的梯形面积来得到所述峰面积的数值。
进一步地，已经进行计算的所述采样点，不进行重复计算。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于热导检测的有机元素分析装置，所述装置包括：
采集模块，用于采集待检测有机元素的峰面积参数，其中所述峰面积参数包括热导检测电压值和采样点的***时戳；
第一计算模块，用于计算所述峰面积参数的一阶导数；
滤波模块，用于对所述一阶导数进行滤波处理，并得到滤波处理后的所述一阶导数的最大值和最小值；
确定模块，用于基于所述一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件；
第二计算模块，用于基于所述峰识别条件计算峰面积。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的基于热导检测的有机元素分析方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行第一方面所述的基于热导检测的有机元素分析方法。
本发明实施例提供的基于热导检测的有机元素分析方法、装置及电子设备，涉及有机元素分析领域，该方法包括：采集待检测有机元素的峰面积参数，其中所述峰面积参数包括热导检测电压值和采样点的***时戳；计算所述峰面积参数的一阶导数；对所述一阶导数进行滤波处理，并得到滤波处理后的所述一阶导数的最大值和最小值；基于所述一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件；基于所述峰识别条件计算峰面积。通过对检测中的参数进行处理和过滤，能够准确计算出峰面积结果，排除数据的干扰，降低用户使用门槛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于热导检测的有机元素分析方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于热导检测的有机元素分析方法中的确定起始点和终止点确定的示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种基于热导检测的有机元素分析方法的峰面积计算示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于热导检测的有机元素分析装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
本文中术语“和/或”，仅仅是描述一种关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
现有热导检测的峰面积计算，一般采用较为简单的计算方法，有如下几种计算方法：方法一、由于热导检测的峰高和峰面积成比例关系，可通过峰高来衡量峰面积，通过搜索数据中最高峰作为峰面积；方法二、通过将峰形上不同采样点的数据累加起来，作为出峰的面积；方法三、根据数据得到峰高和半峰宽，峰面积为峰高和半峰宽的乘积。以上的计算方法一定程度上可满足部分对峰面积的要求，但每种计算方法都与热导检测器的参数和性能有关；如当峰形不对称时，方法一通过峰高来衡量峰面积的方法就会出现较大偏差；当基线不稳定时，通过方法二累加数据得到的峰面积会有较大偏差；当峰较窄时，通过方法三峰高和半峰宽的乘积得到的峰面积，对数据采集时的时间有较为严格的要求。使用人员需要针对不同的热导检测器特性及做样时的峰形特点，选择不同的峰面积计算方法，但当峰形发生变化时，很难做到较高的准确性；将这几种峰面积计算方法交给用户去选择，这一定程度上可解决计算不准确的问题，但用户须熟悉每种计算方法的优点、缺点和适用范围，这对用户提出了较高的要求。
基于上述原因，本发明提出一种基于热导检测的有机元素分析方法、装置及电子设备，通过热导检测器输出随着时间变化的电压信号，其信号的面积大小与对应元素的含量成比例关系进而测量面积大小可以得到对应元素的含量信息，对元素分析过程中的参数进行过滤和限定。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于热导检测的有机元素分析方法进行详细介绍。
本发明实施例提供了一种基于热导检测的有机元素分析方法，该方法可以由具有数据处理能力的电子设备执行。参见图1所示的基于热导检测的有机元素分析方法的流程示意图，依次进行如下步骤S101~步骤S105的处理，得到有机元素分析的峰面积。
步骤S101，采集待检测有机元素的峰面积参数，其中峰面积参数包括热导检测电压值和采样点的***时戳。
本发明实施例中的有机元素分析方法是基于热导检测器进行的，由上位机软件或仪器整机主板发送积分区间开始的指令到热导检测器，热导检测器收到指令后，开始按照规定的时间间隔进行数据采样，按照采集的先后，将数据从左到右依次放在缓冲区；当上位机软件或仪器主板发送积分区间结束的指令后，热导检测器停止数据采集。
首先采集的是待检测有机元素的峰面积参数，每次采集的数据包括热导检测器热丝的电压值和当前的***时戳，电压值用于后续的各步骤计算；由于数据采集时，不能保证其时间间隔完全一致，因此需要保存***时戳，以便后续计算；保存***时戳的意义还包括即使采样间隔不完全一致，结合***时戳也能精确计算数据的一阶导数，不至于因采样间隔不准确导致一阶导数剧烈波动；而在峰面积计算时，将时间轴考虑进去，能提高面积计算的准确性。
步骤S102，计算峰面积参数的一阶导数；
通过步骤S101中的热导检测器的电压值和采样的***时间戳来得到该采样点的一阶导数。
具体的，通过以下公式计算峰面积参数的一阶导数：
其中
为第i个采样点的一阶导数，/>
为第i个采样点的热导检测电压值，/>
为第i个采样点的***时戳，N表示已采样点的个数。
步骤S103，对一阶导数进行滤波处理，并得到滤波处理后的一阶导数的最大值和最小值。
一阶导数进行滤波处理；由于采集到的原始数据包含噪声，对采样点进行一阶导数计算后，得到的一阶导数波动较大，而后续步骤的斜率阈值点选取和峰起始终止点选取都要通过一阶导数进行，如直接使用步骤S102计算的一阶导数，得到的阈值点和峰起始终止点数值波动较大；因此需要对一阶导数进行滤波处理；滤波的计算方法如下：
其中
表示第i个一阶导数点滤波后的数值，/>
表示第i个采样点的一阶导数（也即步骤2中计算的一阶导数），/>
、b表示滤波常数，a的范围为：/>
，
，通过选取不同的a、b值，实现不同的滤波效果；当a数值变小时，滤波后的数据倾向于接近步骤2的计算值，反之滤波后的数据倾向于接近上一时间戳采样点的数值。
可选的，基于一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件包括：基于一阶导数的最大值确定上升斜率阈值，基于一阶导数的最小值确定下降斜率阈值；基于上升斜率阈值和下降斜率阈值确定峰的起始点和终止点。
起始点和终止点采用搜索一阶导数的最大值和最小值的方式进行，具体的，从一阶导数数组中搜索一阶导数的最大值和最小值及其对应的时戳，一阶导数的最大值搜索算法如下：
一阶导数的最小值搜索算法如下：
步骤S104，基于一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件。
本发明实施例中提供的峰识别条件包括，上升斜率阈值、下降斜率阈值、起始斜率、终止斜率、峰高、峰宽，通过配置参数的不同数值，可以实现对不同杂峰的过滤，准确的识别主峰和计算峰面积。
可选的，判断一阶导数的最大值是否满足上升斜率阈值、最小值是否满足下降斜率阈值的要求；一阶导数的最大值对应的是峰左侧峰上升时的最大上升斜率，一阶导数的最小值对应的是峰右侧峰下降时的最大下降斜率；因杂峰的最大上升斜率和最大下降斜率比主峰要小，通过设置此参数可过滤掉较小的杂峰，实现对主峰的精准识别；另一方面此参数作为峰识别条件，通过设置不同的数值，实现对不同峰的识别。
可选的，参见图2，图2为本发明实施例提供的一种基于热导检测的有机元素分析方法的起始点和终止点搜索示意图，搜索满足起始斜率和终止斜率的采样点位置，通过此步骤，可确定峰的起始点和终止点；峰起始点的判断方法：从计算得到的一阶导数的最大值对应的位置开始，向左侧搜索，当找到满足起始斜率的数值时，对应的点为峰起始点；峰起终止点的判断方法：从计算得到的一阶导数的最小值对应的位置开始，向右侧搜索，当找到满足终止斜率的数值时，对应的点为峰终止点；记搜索到的峰起始点为（
）,峰终止点为（/>
）。
步骤S105，基于峰识别条件计算峰面积。
本发明实施例提供通过先确定采样点中的最高峰的峰值以及对应的时间戳，搜索算法如下：
其中，
表示采样点最高峰数值，/>
表示最高峰的时戳。
然后计算峰高，并判断峰高是否满足条件，峰高的计算方法：
其中，
表示峰高，/>
表示搜索到的最高峰数值，/>
表示峰起始位置的数值；通过设定峰高的阈值，可将不符合峰高阈值的杂峰滤除掉。
再计算峰宽，判断峰宽是否满足条件，峰宽的计算如下：
最后，参见图3，图3为峰面积计算示意图，通过计算相邻两个采样点之间连接的梯形的面积得到峰面积。
基线面积按照峰起始点和峰终止点连线组成的梯形面积计算。
其中
表示在峰起始点和终止点曲线与t轴包围的面积，/>
表示基线与t轴包围的面积，/>
表示峰面积，N表示从/>
到/>
总采样点个数。
另外，由于上述步骤都涉及计算，提高***的实时性，采用逐级执行的方式，即不满足当前峰识别条件，不进入下一步骤运算，直接退出当前步骤，执行其他任务，等下次采样完成后，再进行计算和判断。并且，为进一步加快计算速度，在每个步骤的具体计算方面，只计算新的采样点数据，对于已计算的采样点不做重复计算，这样峰面积计算的时间不随新数据的加入而增加。
本发明提供的一种基于热导检测的有机元素分析方法，涉及有机元素分析领域，该方法包括：采集待检测有机元素的峰面积参数，其中峰面积参数包括热导检测电压值和采样点的***时戳；计算峰面积参数的一阶导数；对一阶导数进行滤波处理，并得到滤波处理后的一阶导数的最大值和最小值；基于一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件；基于峰识别条件计算峰面积。通过对检测中的参数进行处理和过滤，能够准确计算出峰面积结果，排除数据的干扰，降低用户使用门槛。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了与基于热导检测的有机元素分析方法对应的种基于热导检测的有机元素分析装置，由于本发明实施例中的装置解决问题的原理与本发明实施例上述种基于热导检测的有机元素分析方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
请参阅图4，图4为本发明实施例提供的一种基于热导检测的有机元素分析装置的示意图。如图4所示，基于热导检测的有机元素分析装置400包括：
采集模块401，用于采集待检测有机元素的峰面积参数，其中峰面积参数包括热导检测电压值和采样点的***时戳；
第一计算模块402，用于计算峰面积参数的一阶导数；
滤波模块403，用于对一阶导数进行滤波处理，并得到滤波处理后的一阶导数的最大值和最小值；
确定模块404，用于基于一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件；
第二计算模块405，用于基于峰识别条件计算峰面积。
本发明提供了一种基于热导检测的有机元素分析装置，涉及有机元素分析领域，该方法包括：采集待检测有机元素的峰面积参数，其中峰面积参数包括热导检测电压值和采样点的***时戳；计算峰面积参数的一阶导数；对一阶导数进行滤波处理，并得到滤波处理后的一阶导数的最大值和最小值；基于一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件；基于峰识别条件计算峰面积。通过对检测中的参数进行处理和过滤，能够准确计算出峰面积结果，排除数据的干扰，降低用户使用门槛。
本实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
参见图5，本发明实施例还提供一种电子设备500，包括：处理器504，存储器501，总线502和通信接口503，所述处理器504、通信接口503和存储器501通过总线502连接；处理器504用于执行存储器501中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器501可能包含随机存取存储器（RandomAccessMemory，简称RAM），也可能还包括非易失性存储器（non-volatilememory，简称NVM），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口503（可以是有线或者无线）实现该***网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线502可以是工业标准体系结构（Industry Standard Architecture，简称ISA）总线、外设部件互连标准（Peripheral Component Interconnect，简称PCI）总线或扩展工业标准结构（Extended Industry Standard Architecture，简称EISA）总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器501用于存储程序，所述处理器504在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器504中，或者由处理器504实现。
处理器504可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器504中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器504可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器501，处理器504读取存储器501中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行前面方法实施例中所述的地震图像噪声压制方法。该计算机可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于热导检测的有机元素分析方法，其特征在于，包括：
采集待检测有机元素的峰面积参数，其中所述峰面积参数包括热导检测电压值和采样点的***时戳；
计算所述峰面积参数的一阶导数；
对所述峰面积参数的一阶导数进行滤波处理，并得到滤波处理后的所述一阶导数的最大值和最小值；
基于所述一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件；
基于所述峰识别条件计算峰面积。
2.根据权利要求1所述的基于热导检测的有机元素分析方法，其特征在于，通过以下公式计算所述峰面积参数的一阶导数：
其中
为第i个采样点的一阶导数，/>
为第i个采样点的热导检测电压值，/>
为第i个采样点的***时戳，N表示已采样点的个数。
3.根据权利要求1所述的基于热导检测的有机元素分析方法，其特征在于，基于所述一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件包括：
基于所述一阶导数的最大值确定上升斜率阈值，基于所述一阶导数的最小值确定下降斜率阈值；
基于所述上升斜率阈值和下降斜率阈值确定峰的起始点和终止点。
4.根据权利要求1所述的基于热导检测的有机元素分析方法，其特征在于，基于所述峰识别条件计算峰面积包括：
确定最高峰的所有采样点中的最大值和对应的***时戳；
筛选出符合预设条件的峰宽。
5.根据权利要求4所述的基于热导检测的有机元素分析方法，其特征在于，通过取相邻两个采样点的梯形面积来得到所述峰面积的数值。
6.根据权利要求1所述的基于热导检测的有机元素分析方法，其特征在于，已经进行计算的所述采样点，不进行重复计算。
7.一种基于热导检测的有机元素分析装置，其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于采集待检测有机元素的峰面积参数，其中所述峰面积参数包括热导检测电压值和采样点的***时戳；
第一计算模块，用于计算所述峰面积参数的一阶导数；
滤波模块，用于对所述峰面积参数的一阶导数进行滤波处理，并得到滤波处理后的所述一阶导数的最大值和最小值；
确定模块，用于基于所述一阶导数的最大值和最小值确定峰识别条件；
第二计算模块，用于基于所述峰识别条件计算峰面积。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1-6中任一项所述的基于热导检测的有机元素分析方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的基于热导检测的有机元素分析方法的步骤。
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