一种工业核磁共振分析仪系统软件设计方案

蔡明知

摘要：本文提出了一种工业核磁共振分析仪系统软件设计方案，并给出了具体的系统组成和功能模块设计。通过实际测试及应用，达到了数据采集、实时显示、参数设置、相位矫正等功能，满足了工业核磁共振分析仪实际应用需求。

关键词：核磁共振；系统软件；数据采集；相位矫正

中图分类号：TH763 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）06-0184-02

工业核磁共振分析仪是一种利用核磁共振技术分析过程物流性质的工业在线分析仪器。通过氢原子核化学位移谱图，对物质结构、成分、理化参数等进行在线分析。指导生产过程自动化控制，稳定工艺，提高产品收率。可广泛应用于石化、化工、制药、食品等行业。

工业核磁共振分析仪系统软件的软件需求包括三个不同的层次：业务需求、用户需求和功能需求。业务需求反映了组织机构或客户对系统、产品高层次的目标要求。用户需求描述了用户使用产品必须要完成的任务。功能需求定义了开发人员必须实现的软件功能，使得用户能完成预设的任务，从而满足了业务需求。

本文提出了一种工业核磁共振分析仪系统软件设计方案，并给出了具体的系统组成和功能模块设计。通过实际测试及应用，达到了数据采集、实时显示、参数设置、相位矫正等功能，满足了工业核磁共振分析仪实际应用需求。

1 总体方案设计及系统组成

核磁共振工业分析系统软件发过程中遵循的开发原则是清楚、完整，并且具有一致性、可测试性、可跟踪的、可修改性。

2 主要功能模块

2.1 软件界面

软件的主界面包含菜单栏，工具栏，状态栏，主顯示图，快捷显示区，参数显示区等部分。

图1中各个菜单及图标功能说明：1、文件。2、加载：加载保存的数据。3、Options：选择项，包括添加基线、调节相位、补零等。4、保存：保存设置。5、打印：打印频谱。6、开始：运行软件。7、停止：停止运行。8、参数设置：设置控制台相关参数包括发射频率、脉冲宽度、接受增益等。9、串口设置：设置串口顺序。10、匀场：调出匀场调节项。11、锁场：设置锁场相关项。12、参数预测13、温度：调出磁体温控以及空调控制。14、适图显示：显示适合大小的图谱。15、时域显示：显示时域信号。16、频域显示：显示频域信号。17、帮助。18、实部显示。19、虚部显示。20、实部&虚部显示。21、当前发射频率显示。22、采样点数显示。23、采样率显示。24、脉冲宽度显示。25、磁体温度显示。26、空调温度显示。

2.2 数据采集功能

点击菜单栏“开始”按钮之后，软件会根据参数设置的内容进行实际测量工作，并通过通信端口获得初始的核磁共振自由衰减信号（FID）数据。控制台系统采用正交检测的方法，因此FID数据包含两部分I通道和Q通道。

2.3 相位矫正

以水中氢原子核的核磁共振信号为例。经过傅里叶变换之后，图2（a）的轨迹说明相位误差的存在，因为其左右不对称，不符合洛伦兹线型。这个误差可通过手动的或者自动的相位矫正功能来修正。相位调整分为一阶相位调整和零阶相位调整。图2中右（b）是相位矫正之后的效果。

2.4 谱图标准化

谱图标准化是将原始谱图数据转换为固定点数并且等间隔的标准谱。在此软件中，标准谱的点数为301点，对应的谱图长度为0ppm-15ppm，即每0.05ppm取一个点。这样做有利于不同样品、不同仪器做出的谱图定量化标准化，消除频率差异等造成的谱图的不确定性，提高化学计量学建模和应用的精度。图3为标准化谱图数据。

3 结语

本文提出了一种工业核磁共振分析仪系统软件设计方案，并给出了具体的系统组成和功能模块设计。通过实际测试及应用，达到了数据采集、实时显示、参数设置、相位矫正等功能，满足了工业核磁共振分析仪实际应用需求。

参考文献

[1]汪红志，施群雁，苗志英，陈珊珊.核磁共振成像技术虚拟软件开发[J].中国医学物理学杂志，2016，33（10）：1030-1037.

[2]商赟，周娟，雷都，徐俊成，蒋瑜.一体化核磁共振谱仪控制台的软件系统设计[J].波谱学杂志，2012，29（01）：68-77.

Abstract：In this paper， a software design scheme of industrial NMR analyzer system is presented， and the specific system composition and function module design are given. Through practical testing and application， the functions of data acquisition， real-time display， parameter setting and phase correction have been achieved， which meet the practical application requirements of industrial nuclear magnetic resonance analyzer.

Key words：nuclear magnetic resonance； system software； data acquisition； phase correction