谱峰识别的计算机设计与实现

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1、谱峰识别的计算机设计与实现王晓荣!程明霄"#南京化工大学信息科学与工程学院!江苏南京$%&&&’(摘要)介绍了色谱工作站中谱峰识别部分的设计与实现*该部分首先对数据采用了滤波和斜率曲线的平滑化处理等抗干扰措施!以减小扰动对谱峰检测的影响*然后在进行谱峰检测时!又提出了数据分组的方法!这种方法可以增加谱峰识别的稳定性和准确性*本谱峰识别部分的设计能够使色谱工作站应付采样信号中干扰较复杂的情况*关键词)色谱工作站+滤波+谱峰处理+数据处理中图分类号),-.%%/%%文献标识码)0文章编号)%&&1213.1#$&&%(&32&&4&

2、2&.色谱工作站是与色谱仪配套使用的一种智行滤波处理*本色谱工作站滤波系统采用的是移能数据处理系统*谱峰识别是色谱工作站设计中动平均法*较为核心的部分!它主要完成从色谱信号中识别由于扰动信号近似于随机信号!而随机信号出各种谱峰信息*色谱信号由于检测仪和色谱工的数学期望值为零*因此!如果取多个采样信号作站硬件的原因!总是伴随着各种扰动*这些扰的平均值将会大幅度降低噪音水平*本色谱工作动情况复杂!会对色谱分析造成较严重的误差*站经硬件输入采样信号的采样周期为%&67*经在进行谱峰检测时!以往较常用的方法是阈值过$&&67后!将有$&

3、&8%&9$&个初次采样值*法*阈值法比较简单!程序实现也比较容易!但将这$&个采样值分别去掉.个最大和.个最小是!这种方法在采样信号扰动较复杂的情况下!值以消除跳码的影响!然后对剩下的%:个值取出现误判的几率较大*本谱峰识别部分的设计采平均数!得到新的采样值*为减小新采样值的采用数据分组的方法进行谱峰检测!较好地解决了样周期!可以将初次采样值分为每%&个一组*每阈值法的不足*通过该方法可以使色谱工作站在组所需的另外%&个采样值为前一组数据*这样任何情况下都能保持稳定!并准确地判别出所有新的采样周期为%&&67!而不是$&&67

4、*用新的谱峰!做到不错判!不漏判*本文将围绕该问题对采样值绘制的色谱图与原数据绘制的相比!谱图从色谱的数字量信号进入计算机到判峰结束这曲线的平滑度有较大改善#如图%所示(*一过程的设计作较详细地介绍*谱峰识别的设计可以分为.部分)数字滤波5信号斜率曲线的平滑处理和谱峰检测*其中滤波和信号斜率曲线的平滑处理都是为谱峰检测作准备*%滤波从色谱仪检测器输出的模拟信号经信号处理和模数转换等硬件转换为数字信号*这些数字图%色谱曲线滤波前后对比信号经过接口电路输入计算机后!常伴随出现较;<=/%>?6@AB<7?C?DEFGHFB?6AE?

5、=BA6HIBJG7大的近似随机信号的扰动!偶尔还会有大幅度的KGD?BGACLADEGBD

6、!可以根据实际扰动情况对2’3式进行调整"调采样周期的增大对微小峰和出峰较快的谱峰识整可以增加或减少加权采样值的个数!也可以改别不利"变各采样值的权系数!还可以在加权采样值数目不变的情况下减少每组初次采样值的个数2但组#信号斜率曲线的平滑处理数要增加3"信号斜率曲线为色谱信号曲线的导数曲线"+谱峰检测采样信号经过滤波后!可以通过信号斜率曲线来进行谱峰识别"如图#所示!上面的曲线为色谱信号斜率曲线经平滑处理后!曲线仍没有完信号曲线!下面的曲线为信号斜率曲线"图中$全光滑"此时如果简单地仅以斜率测试值与斜率为斜率阈值!由人工设定"如

7、果信号斜率曲线为阈值作比较来检测谱峰!将导致系统不稳定!谱完全光滑!当斜率测试值大于斜率阈值$时!该峰检测也不可能成功"因为如果在出峰点附近的点可判断为峰的起始点!当斜率测试值过零点之信号斜率曲线出现哪怕很小的跳动时!也将很容后小于%$时!可判断为峰的终点"在出峰过程易造成这种方法的检测失败"为保证系统的稳定中!色谱峰宽将随时间增加而逐渐变宽!与此相性!谱峰检测必须要考虑各种复杂的扰动情况"应!斜率阈值$最好也随之变化"可考虑出峰时下面介绍一种比较可靠的谱峰检测程序"该程序间加倍!$自动减半&’("但信号经滤波后!信号斜采用了一

8、种数据分组&#(的方法!这种方法是将信率曲线仍不一定光滑!仍会有抖动"为减小抖动号斜率数据分成若干组!然后根据各组中数据的对判峰的影响!计算斜率时!可以进一步平滑化"信息判断出该组采样值所处的状态"为突出这种设采样时刻)*%+!)*%#!)*%’!)*!)*,’