一种重水浓度在线分析软件系统的制作方法

1.本发明属于重水浓度分析技术领域，具体涉及一种重水浓度在线分析软件系统。


背景技术：

2.红外光谱仪是基于物质对红外光的吸收特性而实现物质成分的定性分析和定量检测的一类光谱分析仪器，具有无损分析、检测速度快和样品用量少等诸多优势，因此在物质成分检测领域具有十分重要的应用地位。
3.重水是核反应堆的慢化剂与冷却剂，其浓度监测对保证反应堆性能和安全具有重要意义。为保证反应堆安全运行，必须对重水浓度进行严格监控。采用红外光谱法测量重水具有测量简单、分析速度快、非破坏分析等优点而为广泛应用。
4.近年来，检测需求的不断提高推动了红外光谱仪检测性能的发展提升，但经典的透射式红外光谱测量方法目前还普遍依赖离线取样分析，无法应用于在线测量环境。现代工业发展对自动化的要求越来越高，数据采集与监控系统更加广泛地应用于工业生产的各个领域，为了满足控制设备与监控系统之间相互通信的需要，开发具备远程通讯及控制能力的红外光谱重水浓度在线分析软件系统，使相应检测流程能够并入整体工艺系统，具有十分的必要性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于重水浓度测量的软件系统，能够配合红外光谱分析仪为重水浓度在线测量及远程控制提供基础技术。
6.为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种重水浓度在线分析软件系统，用于联合红外光谱仪进行重水浓度在线分析及远程监测，其中，包括指令处理模块、光谱仪通讯模块、远程通讯模块、标准数据处理模块、样品数据处理模块和显示模块。
7.进一步，所述指令处理模块负责接收用户指令，分析所述用户指令，并跳转至所述用户指令所对应的处理流程；所述用户指令是软件本地获取，或者是通过远程通讯传输接收所得。
8.进一步，
9.所述光谱仪通讯模块负责与所述红外光谱仪中的工作站软件进行实时通讯，发送指令，并交换数据；所述工作站软件是所述红外光谱仪的控制软件部分，能够执行从采集红外光谱到进行定量分析在内的红外光谱分析的全流程操作；
10.所述光谱仪通讯模块通过dde技术实现与所述工作站软件的实时通讯；
11.所述光谱仪通讯模块内含有第一dde客户端和第二dde服务器，相应地，所述工作站软件内含有第一dde服务器和第二dde客户端；
12.所述第一dde客户端和所述第一dde服务器组成第一dde通讯链路，用于所述光谱仪通讯模块向所述工作站软件发送宏命令；所述第二dde服务器和所述第二dde客户端组成第二dde通讯链路，用于所述工作站软件向所述光谱仪通讯模块发送实时数据；所述实时数
据，指分析过程相关的数据，不同于底层通讯机制的命令及命令响应，具体地，
13.所述光谱仪通讯模块通过所述第一dde客户端经所述第一dde通讯链路向所述工作站软件内的所述第一dde服务器实时发送标准光谱分析操作的宏命令序列；所述标准光谱分析操作是指采用所述红外光谱仪分析重水浓度时需要进行的一系列工作站动作，包括参数设置、数据采集及分析处理，通过该标准操作流程，能够完成一次完整的红外光谱重水分析测量操作；
14.所述工作站软件通过所述第二dde客户端经所述第二dde通讯链路向所述光谱仪通讯模块内的所述第二dde服务器发送实时数据；所述实时数据包括实时特征吸光度数据，所述实时特征吸光度数据是指所述红外光谱仪对被测样品进行实时测量得到的特征吸光度数据。
15.进一步，
16.所述远程通讯模块负责与远程系统/设备实时通讯，收发指令，并交换数据；
17.所述远程系统/设备是指具有tcp通讯接口的工艺dcs系统、plc设备或计算机设备；
18.所述远程通讯模块通过基于tcp的网络通讯技术实现与所述远程系统/设备的实时通讯；
19.所述远程通讯模块内含有第一tcp客户端和第二tcp服务器，相应地，所述远程系统/设备内含有第一tcp服务器和第二tcp客户端；
20.所述第一tcp客户端和所述第一tcp服务器组成第一tcp通讯链路，用于所述远程通讯模块向所述远程系统/设备发送实时重水浓度及其它需求状态数据；所述第二tcp服务器和所述第二tcp客户端组成第二tcp通讯链路，用于所述远程系统/设备向所述远程通讯模块实时发送操作命令，具体地，
21.所述远程通讯模块通过所述第一tcp客户端经所述第一tcp通讯链路向所述远程系统/设备内的所述第一tcp服务器发送实时重水浓度及其它需求状态数据；
22.所述远程系统/设备通过所述第二tcp客户端经所述第二tcp通讯链路向所述远程通讯模块内的所述第二tcp服务器实时发送操作命令。
23.进一步，
24.所述标准数据处理模块负责收集标准样品的特征吸光度数据，并对其进行拟合回归，取得用于光谱分析的工作曲线；所述标准样品是指已知浓度的重水样品；
25.所述标准数据处理模块内置回归算法，通过所述光谱仪通讯模块取得不同重水浓度的所述标准样品所对应的特征吸光度数据后，对所述特征吸光度数据与重水浓度进行回归计算，取得相应关系的所述工作曲线，并根据所标定的重水浓度范围确定所述工作曲线的数量；存储所述工作曲线相关的标准参数，形成标准参数库，以供后续分析计算取用；所述标准参数包含重水浓度范围区间及所述工作曲线系数；
26.采用最小二乘法进行所述工作曲线的回归计算。
27.进一步，
28.所述样品数据处理模块负责实时收集所述被测样品的特征吸光度数据，并调用所述工作曲线的所述标准参数，计算取得的所述被测样品的重水浓度；
29.所述样品数据处理模块通过所述光谱仪通讯模块取得所述被测样品的特征吸光
度数据后，自动在所述标准参数库内匹配适用的所述工作曲线，并调用匹配到的所述工作曲线的相关参数，计算得到所述被测样品的重水浓度。
30.进一步，
31.所述显示模块负责实时获取显示系统设备运行状态，即时绘制随时间变化的所述被测样品的重水浓度曲线。
32.进一步，重水浓度在线分析软件系统运行后即时开辟数据缓存区域，存放系统设备运行状态数据和取自所述工作站软件的所述特征吸光度数据，以及分析进程中所述样品数据处理模块所得到的在线分析结果；所述数据缓存区域的数据能够共享，供其它模块调用。
33.进一步，重水浓度在线分析软件系统运行后即时开辟数据存储区域，建立数据存储文件，存放取自所述工作站软件的所述特征吸光度数据、所述标准数据处理模块回归计算所得的所述工作曲线相关的所述标准参数以及所述样品数据处理模块所得到的在线分析结果。
34.进一步，所述的一种重水浓度在线分析软件系统，包括如下执行逻辑：
35.s1，所述指令处理模块接收所述用户指令；
36.s2，所述指令处理模块分析所接收的所述用户指令，判定所述用户指令的类别，并根据所述用户指令的类别跳转至对应的处理流程进行处理操作；
37.所述用户指令分为两类：预定义自动指令和用户即时指令；
38.针对所述预定义自动指令有如下执行逻辑：
39.s3-1，所述光谱仪通讯模块通过所述第一dde客户端将所述预定义自动指令传输至所述工作站软件，并调用预定义动作文件执行相关操作；
40.针对所述用户即时指令有如下执行逻辑：
41.s3-2，所述光谱仪通讯模块通过所述第一dde客户端将所述用户即时指令传输至所述工作站软件，执行相关操作；
42.s3-3,所述远程通讯模块通过所述第二tcp服务器接收来自所述远程系统/设备的命令，并联动其它模块执行远程命令；
43.s3-4,所述远程通讯模块通过所述第一tcp客户端发送请求数据至所述远程系统/设备；
44.所述用户即时指令包含对所述工作站软件运行状态的操控，即开启/关闭所述工作站软件。
45.本发明的有益效果在于：
46.与光谱分析系统(即红外光谱仪)及远程系统/设备分别建立针对性通讯，搭建起控制设备与监控系统之间相互通信的桥梁，具备可靠地实现独立系统之间的数据通信的能力，便捷地实现相关工艺中重水浓度的在线分析，以及远程通讯控制，利于工业控制系统整体自动化设计。
附图说明
47.图1是本发明具体实施方式中所述的一种重水浓度在线分析软件系统的架构示意图；
48.图2是本发明具体实施方式中所述的一种重水浓度在线分析软件系统的执行逻辑图。
具体实施方式
49.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
50.如图1所示，本发明提供的一种重水浓度在线分析软件系统(简称在线分析软件)，用于联合红外光谱仪进行重水浓度在线分析及远程监测，其中，包括指令处理模块m0、光谱仪通讯模块m1、远程通讯模块m2、标准数据处理模块m3、样品数据处理模块m4和显示模块m5。
51.指令处理模块m0负责接收用户指令，分析用户指令，并跳转至用户指令所对应的处理流程；用户指令可以是软件本地获取，或者也可以是通过远程通讯传输接收所得。
52.光谱仪通讯模块m1负责与光谱仪工作站的红外光谱仪中的工作站软件进行实时通讯，发送指令，并交换数据；工作站软件是红外光谱仪的控制软件部分，能够执行从采集红外光谱到进行定量分析在内的红外光谱分析的全流程操作；
53.红外光谱仪为thermoscientificnicoletis10傅里叶变换红外光谱仪；工作站软件为thermoscientificomnic
tm
软件包(即omnic软件)；
54.光谱仪通讯模块m1通过dde技术实现与工作站软件的实时通讯；
55.光谱仪通讯模块m1内含有第一dde客户端(client)和第二dde服务器(server)，相应地，omnic软件内含有第一dde服务器(server)和第二dde客户端(client)；
56.第一dde客户端(client)和第一dde服务器(server)组成第一dde通讯链路，用于光谱仪通讯模块m1向omnic软件发送宏命令(command)；第二dde服务器(server)和第二dde客户端(client)组成第二dde通讯链路，用于omnic软件向光谱仪通讯模块m1发送实时数据(data)。实时数据，指分析过程相关的数据，不同于底层通讯机制的命令及命令响应，具体地，
57.光谱仪通讯模块m1通过第一dde客户端(client)经第一dde通讯链路向omnic软件内第一dde服务器(server)实时发送标准光谱分析操作的宏命令序列(command)；标准光谱分析操作是指采用红外光谱仪分析重水浓度时需要进行的一系列工作站动作，包括参数设置、数据采集及分析处理等，通过该标准操作流程，能够完成一次完整的红外光谱重水分析测量操作；
58.omnic软件通过第二dde客户端(client)经第二dde通讯链路向光谱仪通讯模块m1内第二dde服务器(server)发送实时数据(data)。实时数据包括实时特征吸光度数据(以实时特征吸光度数据为主)，实时特征吸光度数据是指红外光谱仪对被测样品进行实时测量得到的特征吸光度数据。
59.远程通讯模块m2负责与远程系统/设备实时通讯，收发指令，并交换数据；
60.远程系统/设备是指具有tcp通讯接口的工艺dcs系统或、plc设备或计算机设备；
61.远程通讯模块m2通过基于tcp的网络通讯技术实现与远程系统/设备的实时通讯；
62.远程通讯模块m2内含有第一tcp客户端(client)和第二tcp服务器(server)，相应地，远程系统/设备内含有第一tcp服务器(server)和第二tcp客户端(client)；
63.第一tcp客户端(client)和第一tcp服务器(server)组成第一tcp通讯链路，用于
远程通讯模块m2向远程系统/设备发送实时重水浓度及其它需求状态数据(data)；第二tcp服务器(server)和第二tcp客户端(client)组成第二tcp通讯链路，用于远程系统/设备向远程通讯模块m2实时发送操作命令(command)，具体地，
64.远程通讯模块m2通过第一tcp客户端(client)经第一tcp通讯链路向远程系统/设备内第一tcp服务器(server)发送实时重水浓度及其它需求状态数据(data)；
65.远程系统/设备通过第二tcp客户端(client)经第二tcp通讯链路向远程通讯模块m2内第二tcp服务器(server)实时发送操作命令(command)。
66.标准数据处理模块m3负责收集标准样品的特征吸光度数据，并对其进行拟合回归，取得用于光谱分析的工作曲线；标准样品是指已知浓度的重水样品；
67.标准数据处理模块m3内置回归算法，通过光谱仪通讯模块m1取得不同重水浓度的标准样品所对应的特征吸光度数据后(特征吸光度数据是指特征光谱吸收数据)，对特征吸光度数据与重水浓度进行回归计算，取得相应关系的工作曲线，并根据所标定的重水浓度范围确定特征吸光度数据与重水浓度的工作曲线的数量；存储工作曲线相关的标准参数，形成标准参数库，以供后续分析计算取用；标准参数包含重水浓度范围区间及工作曲线系数；
68.采用最小二乘法进行工作曲线的回归计算。
69.样品数据处理模块m4负责实时收集被测样品的特征吸光度数据，并调用工作曲线的标准参数，计算取得的被测样品的重水浓度；
70.样品数据处理模块m4通过光谱仪通讯模块m1取得被测样品的特征吸光度数据后，自动在标准参数库内匹配适用的工作曲线，并调用匹配到的工作曲线的相关参数，计算得到被测样品的重水浓度。
71.显示模块m5负责实时获取显示系统设备运行状态，即时绘制随时间变化的被测样品的重水浓度曲线。
72.重水浓度在线分析软件系统运行后即时开辟数据缓存区域，存放系统设备运行状态数据和取自omnic软件的特征吸光度数据，以及分析进程中样品数据处理模块m4所得到的在线分析结果，即时间标度下的重水浓度分析结果；数据缓存区域的数据能够共享，供其它模块调用。
73.重水浓度在线分析软件系统运行后即时开辟数据存储区域，建立数据存储文件，存放取自omnic软件的特征吸光度数据、标准数据处理模块m3回归计算所得的工作曲线相关的标准参数以及样品数据处理模块m4所得到的在线分析结果(时间标度下的重水浓度分析结果)。
74.如图2所示，如上所述的一种重水浓度在线分析软件系统，包括以下执行逻辑：
75.s1，指令处理模块m0接收用户的指令；
76.s2，指令处理模块m0分析所接收的用户指令，判定用户指令的类别，并根据用户指令的类别跳转至对应的处理流程进行处理操作；
77.用户指令主要分为两类：预定义自动指令和用户即时指令；
78.针对预定义自动指令有如下执行逻辑：
79.s3-1，光谱仪通讯模块m1通过第一dde客户端(client)将预定义自动指令传输至omnic软件，并调用预定义动作文件执行相关操作；
80.针对用户即时指令有如下执行逻辑：
81.s3-2，光谱仪通讯模块m1通过第一dde客户端(client)将用户即时指令传输至omnic软件，执行相关操作；
82.s3-3,远程通讯模块m2通过第二tcp服务器(server)接收来自远程系统/设备的命令，并联动其它模块执行远程命令；
83.s3-4,远程通讯模块m2通过第一tcp客户端(client)发送请求数据至远程系统/设备；
84.用户即时指令包含对omnic软件运行状态的操控，即开启/关闭红外omnic软件。
85.当解析预定义自动指令包含工作曲线制作即系统标定时：
86.光谱仪通讯模块m1通过第一ddeclient-第一ddeserver会话，将系统标定相关指令传输至omnic软件，调用预定义动作文件执行相关光谱分析操作(即调用宏文件执行序列预定义动作)，同时回传特征吸光度数据，至数据缓存区。
87.s4-1.1，标准数据处理模块m3调用标准样品特征吸光度数据；
88.s4-1.2，标准数据处理模块m3对标准样品的重水浓度及其特征吸光度数据进行回归计算，取得工作曲线标准参数；
89.s4-1.3，标准数据处理模块m3将s4-1.2所得包括特征分区及分区标准数据的标准参数存储至数据存储区指定文件。
90.当解析预定义自动指令只包含样品分析时：
91.光谱仪通讯模块m1通过第一ddeclient-第一ddeserver会话，将样品分析相关指令传输至omnic软件，调用预定义动作文件执行相关光谱分析操作，同时回传特征吸光度数据，至数据缓存区。
92.s4-2.1，样品数据处理模块m4调用被测样品的特吸光度收数据；
93.s4-2.2，样品数据处理模块m4回调工作曲线标准参数；
94.s4-2.3，样品数据处理模块m4利用工作曲线标准参数，逐级收缩，计算被测样品的重水浓度(即图中的“计算样品浓度”)；
95.步骤s4-2.4，样品数据处理模块m4存储被测样品的重水浓度分析结果至数据存储区指定文件(即图中的“存储样品浓度分析结果”)。
96.当解析预定义自动指令同时包含系统标定及样品分析时：
97.光谱仪通讯模块m1第一ddeclient-第一ddeserver会话，将系统标定及样品分析相关指令传输至omnic软件，调用预定义动作文件执行相关光谱分析操作，同时回传特征吸光度数据，至数据缓存区。
98.s4-3.1，标准数据处理模块m3调用标准样品的特征吸光度数据；
99.s4-3.2，标准数据处理模块m3对标准样品的重水浓度及其特征吸光度数据进行回归计算，取得工作曲线标准参数；
100.s4-3.3，标准数据处理模块m3将s4-3.2所得包括特征分区及分区标准数据的标准参数存储至数据存储区指定文件；
101.s4-3.4，样品数据处理模块m4调用被测样品的特征吸光度数据；
102.s4-3.5，样品数据处理模块m4回调工作曲线标准参数；
103.s4-3.6，样品数据处理模块m4利用工作曲线标准参数，逐级收缩，计算被测样品的
重水浓度；
104.s4-3.7，样品数据处理模块m4存储被测样品的重水浓度分析结果至数据存储区指定文件。
105.当解析预定义自动指令只包含在线样品分析时：
106.光谱仪通讯模块m1通过第一ddeclient-第一ddeserver会话，将在线样品分析相关指令传输至omnic软件，调用预定义动作文件执行相关光谱分析操作，同时回传特征吸光度数据，至数据缓存区。
107.s4-4.1，样品数据处理模块m4回调工作曲线标准参数；
108.s4-4.2，样品数据处理模块m4调用被测样品特征吸光度数据；
109.s4-4.3，样品数据处理模块m4利用工作曲线标准参数，逐级收缩，计算被测样品的重水浓度；
110.s4-4.4，样品数据处理模块m4存储被测样品的重水浓度分析结果至数据存储区指定文件；
111.s4-4.5，显示模块m5实时获取显示系统设备运行状态，即时绘制随时间变化的重水浓度曲线；
112.s4-4.6，循环执行s4-4.2至s4-4.5，直至满足跳出条件。
113.s4-4.5显示模块m5动作可根据用户需求选择性开启，需求判定通过在线分析软件界面复选框进行显示功能识别实现。
114.当解析预定义自动指令包含系统标定及在线样品分析时：
115.光谱仪通讯模块m1通过第一ddeclient-第一ddeserver会话，将系统标定及在线样品分析相关指令传输至omnic软件，调用预定义动作文件执行相关光谱分析操作，同时回传特征吸光度数据，至数据缓存区。
116.s4-5.1，标准数据处理模块m3调用标准样品特征吸光度数据；
117.s4-5.2，标准数据处理模块m3对标准样品的重水浓度及其特征吸光度数据进行回归计算，取得工作曲线标准参数；
118.s4-5.3，标准数据处理模块m3将s4-5.2所得包括特征分区及分区标准数据的标准参数存储至数据存储区指定文件；
119.s4-5.4，样品数据处理模块m4回调工作曲线标准参数；
120.s4-5.5，样品数据处理模块m4调用被测样品的特征吸光度数据；
121.s4-5.6，样品数据处理模块m4利用工作曲线标准参数，逐级收缩，计算被测样品的重水浓度；
122.s4-5.7，样品数据处理模块m4存储被测样品的重水浓度分析结果至数据存储区指定文件；
123.s4-5.8，显示模块m5实时获取显示系统设备运行状态，即时绘制随时间变化的重水浓度曲线；
124.s4-5.9，循环执行s4-5.5至s4-5.8，直至满足跳出条件。
125.s4-5.8显示模块m5动作可根据用户需求选择性开启，需求判定通过在线分析软件界面复选框进行显示功能识别实现。
126.当解析预定义自动指令包含在线样品分析及远程监控时：
127.光谱仪通讯模块m1通过第一ddeclient-第一ddeserver会话，将在线样品分析相关指令传输至omnic软件，调用预定义动作文件执行相关光谱分析操作，同时回传特征吸光度数据，至数据缓存区。
128.s4-6.1，样品数据处理模块m4回调工作曲线标准参数；
129.s4-6.2，样品数据处理模块m4调用被测样品的特征吸光度数据；
130.s4-6.3，样品数据处理模块m4利用工作曲线标准参数，逐级收缩，计算被测样品的重水浓度；
131.s4-6.4，样品数据处理模块m4存储被测样品的重水浓度分析结果至数据存储区指定文件。
132.s4-6.5，显示模块m5实时获取显示系统设备运行状态，即时绘制随时间变化的重水浓度曲线(c-t曲线)；
133.s4-6.6，实时传输在线分析结果及系统设备状态至远程系统/设备；
134.s4-6.7，循环执行s4-6.2至s4-6.6，直至满足跳出条件。
135.s4-6.5显示模块m5动作可根据用户需求选择性开启，需求判定通过在线分析软件界面复选框进行显示功能识别实现。
136.跳出条件由用户需求确定，需求判定通过在线分析软件界面运行终止条件识别实现。运行终止条件可以关联在线运行时间或样品分析次数等。
137.本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。