Устройство для определения граничных точек хроматографического пика Советский патент 1989 года по МПК G06G7/18 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности, может найти применение ;при разработке устройств .для автома- :тизированной обработки спектрапь™ ной информации типа хроматографиче- ской.

Целью изобретения является повышение точности определения граничных точек пика.

На фиг.1 показана блок-схема устройства для определения граничных точек кроматографического пика; на фиг.2 - блок-схема порогового блокад на фиГоЗ - блок-схема блока анализа приращений на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.5 - пример выполнени первого блока памяти.

Устройство для определения гранич ных точек пика содержит (фиг,1) преобразователь 1 напряжения в частоту, тактовый генератор 2, блок 3 опре- д ления экстремумов, первый 4, второй 5, третий 6, четвертый 7, пятый 8 ключи, первый 9 и второй 10 счет- чики, блок 11 сравнения кодов, пороговый блок 12, первый 13 и второй 14 коммутаторы, блок 15 анализа приращений, третий 16 и четвертый -17 счетчики, первый 18 и второй 19 дешифраторы, первый 20 и второй 21 блоки памяти.

Пороговьй блок (фиг.2) содержит первый 22 и второй 23 регистры, пя- тый 24 и шестой 25 счетчики, первый- 26 и второй 27 элементы ИЛИ, первый 28 и второй 29 элементы И, первый 30 и второй 31 элементы НЕ.

J2

Блок 15 анализа приращений (фиг.З содержит с первого по восьмой элементы И 32-39, элемент ИЛИ 40, первый 41 и второй 42 элементы НЕ.

Первый блок 20 памяти (фиг.5) может быть выполнен, например, содержащим первый 43 и второй 44 элементы И, счетчик 45, дешифратор 46, блок регистров 47, элемент ИЛИ 48, сдвиговый регистр 49, группу 50 элементов И.

Второй блок 21 памяти может быть построен аналогично блоку 20 памяти с тем лишь отличием, что в блоке 20 памяти используется сдвиговой ре- :гистр со сдвигом вправо (в сторону увеличения порядковых номеров регистров в блоке регистров 47), а в блоке 21 памяти- сдвиговой регистр со сдвигом влево (в сторону уменьшения порядковых номеров регистров).

Как видно из фиг.4а, на которой показан пример хроматограммы, форма пиков-с течением анализа изменяется (пики I, II, III), так как пики имеют тенденции к расширению в процессе хроматографического анализа. На фиг.46 и в соответственно показано изменение крутизны хроматографиче- ских пиков (пики I, II, III) при масштабировании и начальные участки пиков с различной крутизной. Момен - ты сравнения с заранее заданными порогами обозначены точками а и б. Очевидно, что для пиков с различной крутизной начальных участков интервал времени между моментами сравне-г ния с заранее установленными порогами (обозначим их Л

и л

) бу3

дут различными (t, t, t соответственно для пиков I, II, III). Причем чем круче пик (I), тем меньше ртот интервал (t,), и наоборот, для пологого пика (III) этот интервал (tj) будет возрастать. Значения функции, распо.поженные между моментами сравнения с порогами и мин и

Зд,сгкс запоминаются и представляют сбой область вероятнь)Х значений начала пика. В зависимости от величины интервала времени между моментами сравнекия с установленными порогами которые одинаковы для всех пиков, из области вероятных значений начала пика выбирается соответствующее значение. Однозначная связь между величиной интервала и значениями функции, расположенными в этом интервале, устанавливается априорно или при помощи эталонного пика. Причем величина интервала времени связана не со значениями ординат функции, а с порядковыми номерами этого значения в области вероятных значений начала пика. Аналогично определяется конец пика.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состояний ключи 4-8 заперты, сетчики 9, 10 и 16, 17 обнулены, в пороговом блоке 12 устанав

ливаются пороговые значения д„„„ и

-Змакс Устройство работает в двух режимах: режиме обнаружения Начала пика и режиме обнаружения конца пика. В обоих режимах работа устройства осуществляется в три такта, каждый из режш.1ов определяется состояниями второго коммутатора 14.

Режим обнаружения начала пика. Данный режим устанавливается в на- , чале анализа вручную или автоматически, а в процессе анализа - сигналом обнаружения минимума пика с выхода блока 3 определения экстремумов. Второй коммутатор 14 при этом находится в следующем состоянии: информационный вход коммутатора 14- подключен к его первому выходу и, следовательно, к суммирующему входу первого счетчика 9.

После поступления на вход преобразователя 1 напряжения в частоту входного напряжения запускается тактовый генератор 2 (вручную или автоматически) , первым тактовым импульсом которого отпирается третий ключ 6. Через этот ключ импульсы с

10

4569734

выхода преобразователя 1 напряжения в частоту начинают поступать на информационный вход первого коммутатора 13, который в течение первого такта коммутирует их по своему первому выходу на суммирующий вход первого счетчика -9. При поступлении второго тактового импульса с выхода тактового генератора 2 импульсы с выхода преобразователя 1, проходя через третий ключ 6,коммутируются первым коммутатором 13 по его второму выходу на счетный вход второго счетчика 10. Третий тактовый импульс блоки - рует первый коммутатор 13. Таким образом в момент окончания первого такта в первом счетчике 9 записан код, соответствующий значению функции за первый такт N, а в момент окончания второго такта во втором счетчике 10 записан код , соответствующий текущему значению функции

15

20

25

30

40

N ,-+, . Третий тактовый импульс с выхода тактового генератора 2 отпирает первый ключ 4, через который импульсы с вьрсода преобразователя 1 напряжения в частоту начинают поступать на информационный вход порогового блока 12 и параллельно через второй коммутатор 14 с первого его выхода на суммирзтощий вход первого счет- чика 9, дополняя его содержимое (N.) до значения N ,-, , хранящегося во втором счетчике 10. В момент ра- 35 венства содержимого обоих счетчиков срабатьюает блок 11 сравнения кодов сигналом с выхода которого запираются первый 4 и третий 6 ключи, поступление импульсов на суммирующий вход первого счетчика 9 и на информационный вход порогового блока 12 прекращается.

45

55

Число импульсов, поступившее в пороговый блок 12 в течение третьего такта соответствует разности 4N N ,4v N;, которая по сигналу блока 11 сравнения кодов, проходящему на стробирующий вход порогово- 50 го блока 12, сравнивается с заранее установленными порогами Л.м и мс(кс Эти значения устанавливаются в соответствующих регистрах 22 и 23 порогового блока в начале анализа, а сигналом подготовки порогового блока 12 к работе, который поступает на его вход начальной установки с первого выхода блока 15 анализа приращений, записываются в со-

ответствующие счетчики 24 и 25. На вычитающие входы счетчиков 24 и 25 поступают импульсы, число которых пропорционально разности между со- седними ординатами хроматографиче- ского пика (-dN) . Обнуление счетчика 24 до прихода сигнала с выхода блока 11 сравнения кодов на строби-. рующий вход порогового блока 12 со- ответствует выполнению неравенства JN и лдин и появлению высокого потенциала на выходе элемента НЕ 30, т,во на прямом выходе превышения первого порога порогового блока 12. Ее- ли же в момент совпадения кодов счетчиков 9 и 10 в реверсивном счетчике ,24 записан ненулевой код, что соот- ;ветствует выполнению неравенства dN то высокий потенциал по- является на вькоде элемента И 28, т.е. на инверсном выходе превышения первого порога порогового блока 12, Аналогично относительно порогового значения записанного в счет- чике 25, - при выполнении неравенства N ; 4/и о КС сигнал появляется на выходе элемента И 29, а при выполнении неравенства ЛН т- и мокс - на выходе элемента НЕ 31. Эти сигналы по- ступают на соответствующие информационные входы блока 15 анализа и анализируются им..

В режиме обнаружения начала пика выполнение неравенства N и д, свидетельствует б том, что начало интервала вероятных значений начала пика еще не обнаружено. Этот сигнал с выхода порогового блока 12 поступает на первый информационный вход блока 15 анализа, на первом управляющем входе которого присутствует сигнал обнаружения минимума пика с выхода блока 3 определения экстремумов. Отпирается элемент И 32, на выходе эле мента ИЛИ 40 появляется сигнал возврата схемы в исходное состояние, который с первого выхода блока 15 анализа обнуляет первый 9 и второй 10 счетчики, снимает блокировку с пер- вого коммутатора 13 и приводит в состояние готовности пороговый блок 12. Если же выполняется неравенство uN d «ин то сигнал появляется на прямом выходе порогового блока 12 и свидетельствует о начале интвр- вала вероятных значений начала пика. Этот сигнал поступает на второй информационный вход блока 15 анализа.

отпирая элемент И 34, и на третьем выходе блока 15 появляется сигнал, по которому отпирается четвертый кдюч 7. Начинается заполнение счетчика 16 импульсами с выхода тактового генератора 2, одновременно начинается запись содержимого первого 9 (N;) и второго 10 (N ,ч, ) счетчи- ков в ячейки блока 20 памяти.

Причем запись производится одновременно обоих значений N( и N + , попарно в моменты поступления каждог третьего тактового .импульса с рыхода генератора 2 (цепь связи блоков 20 и 21 памяти с генератором 2 не показана) . Для упрощения технической реализации схемы во избежании дополнительного включения в нее двухраз- рядного двоичного счетчика тактирование записи информации, в блоки па- мяти осуществляется сигналом с третьего выхода первого коммутатора 13 который снимается одновременно с единичных выходов обоих триггеров, составляющих двухразрядный двоичный счетчик, и подается на третий и четвертый входы элемента И 43. Снятие сигнала производится в процессе работы коммутато1ра 13 и не влияет на выполнение его функций по коммутации сигналов.

Допустим в режиме обнаружения на- чала пика текуисие значения функции из области вероятных значений начала пика записываются последовательно в ячейки 1, 2, 3,...,т. Заполнение счетчика 16 и запись в блок. 20 памяти осуществляется до появления сигнала на прямом вьпсоде превьшения второго порога порогового блока 12, который соответствует выполнению не- ,равенства 4N ; Дмикс а следовательно, окончанию интервала вероятных значений начала пика. Этот сигнал поступает на четвертый информационный вход блока 15 анализа, отпирая элемент И 35, на втором выходе блока 15 появляется сигнал, по которому запирается четвертый ключ 7, заполнение счетчика 16 прекращается, прекращается также запись текущих значений функции в блок 20 памяти. Одновременно этим же сигналом отпирается второй ключ 5, и импульсы с выхода преобразователя 1 начинают поступать на счетчик интеграла (не показан), т.е. начинается интегрирование Этим же сигналом через элемент НК 41 запирается элемент И 34, так как в момент выполнения неравенства N,- л д,а,: продолжает выполняться неравенство

UN.

ИИ

Вьтолнение этого неравенства до появления сигнала на выходе элемента И 35 подтверждает открытое состояние элемента И 34. Сигнал прекращения записи в блок 20 памяти является в то же время сигналом выборки значения функции, соответствующего началу пика, из об- ласти его вероятных значений, хранящихся в ячейках памяти 1, 2,3,... im. Выбор определенной ячейки производится исходя из состояния счетчика 16 и определяется дешифратором 18. Допустим в данном случае началу пика соответствует значение функции хранящееся в ячейке п среди m значений. Значит, в блок определения поправочной площади (не показа-н), т.е. на кодовый выход устройства, из блока 20 памяти осуществляется выборка содержимого ячеек п, п+1, п+2,...,т.

Рассмотрим подробнее работу вого блока 20 памяти (фиг.5). В качестве ячеек памяти в связи с небольшим объемом хранимой информации удобно использовать регистры, осуществляющие запись, хранение и считывание информатдии. При поступлении сигнала начала интервала вероятных значений начала пика с третьего вы хода блока 15 на первый вход элемента И 43 поступает высокий потенциал. Элемент И 43 отпирается в моменты поступления каждого третьего тактового импульса с выхода -генератора 2 тактовых импульсов, что обеспечивается подключением третьего и четвертого входов элемента И 43 к третьему выходу коммутатора 13, а именно к единичным выходам двух триггеров двоичного счетчика, входящего в его состав. Каждый третий тактовый импульс проходит на- счетный вход счетчика 45, содержимое которого определяет состояние выходов дешифратора 46. Выходы последнего подключены к входам записи соответствующей пары регистров блока регистров 47. Появление сигнала на одном из выходов дешифратора 46 разрешает запись содержимого счетчиков 9 и 10 одновременно в два соответствующих регистра. Та

4569738

кая запись осуществляется последо- вательно в каждую пару регистров по возрастанию их порядковых номеров 1, 2, 3,... до поступления сигнала об окончании интервала вероятных значений начала пика с второго выхода блока 15 анализа. Этот сигнал проходит на инверсный вход эле10 И 43, запирая его, и поступа- ет на вторые управляющие входы группы 50 элементов И, отпирая один из |Них в соответствии с состоянием дешифратора 18 (например, с порядковым

g номером п),. На выходе этого элемента появляется сигнал логической единицы, который записывается в со- отйетствующий разряд сдвигового регистра 49 и поступает одновременно

2Q на вход считывания регистра группы регистров 47 с порядковьм номером

35

п, информация из которого считывается на выход блока 20 памяти. Одновременно в момент отпирания п-го

25 элемента И из группы 50 на выходе элемента И 48 появляется высокий потенциал, отпирается элемент И 44, импульсы с выхода генератора 2 начинают поступать на тактирующий

30 вход сдвигового регистра 49, записанная в п-м разряде логическая еди- ница начинает последовательно сдвигаться вправо, в сторону увеличения порядковых номеров разрядов в п+1, п+2,...,т разряды, одновременно разрешая считывание информации из. соответствующих регистров (с п-5-1 ,п+2,. i., m-ми порядковыми номерами) группы регистров 47 на выход блока 20 памяти .

Очевидно, что до выполнения неравенства ЛЫ 3/цакс выполняется .неравенство &1 , т.е. сигнал Появляется на инверсном выходе поро45 гового блока 12, проходит на третий информационный вход блока 15, отпирая элемент И 33, и через элемент ИЛИ 40 поступает на первый выход блока 15, возвращая схему в исходное состояние.

Режим обнаружения конца пика. Перевод устройства в этот режим осуществляется сигналом обнаружения максимума пика с выхода блока 3 опре- деления экстремумов. По этому сигналу информационный вход второго коммутатора 14 подключается к его второму выходу. Работа устройства в этом режиме аналогична работе уст40

50

55

ройства в режиме обнаружения начала

пика, с тем лишь отличием, что в течение третьего такта ИМПУЛЬСЫ с выхода преобразователя 1 напряжения в частоту коммутируются вторым коммутатором 14 на его второй выход, а следовательно, на вычитающий вход первого счетчика 9, уменьшая его содержимое (N,.) до значения (Nf+,), хранящегося во втором счетчике 10 (так как в режиме обнаружения конца пика последующе;е значение функции N}, меньше .предыдущего в связи с тем, что хроматографическая функция убьюает). В режиме обнаружения конца пика сигналы с выходов порогового блока 12 меняют свое назначение: выполнение неравенства и неравенства N л свидетельствует о TOMj что еще не наступило начало, и соответственно конец интервала вероятных значений конца пика и схема возвращается в исходное состояние по аналогии с режимом обнаружения начала пика. Пр выполнении неравенства з N 4 сигнал появляется на инверсном выхо щ евьш1ения второго порога порогового

блока 12, поступает на третий информаци омный вход блока 15 анализ а, отпирая элемент И 38, и проходит на четвертый выход блока 15. По этому сигналу отпирается ключ 8, начинается заполнение счетчика 17 и запись текупщх значений функции в блок 21 памяти. Этот же сигнал поступает на второй управляющий вход 5, запирает его, поступление импульсов с выхода преобразователя 1 напряжения в частоту на /, счетчик интеграла прекращается. В режиме обнаружения конца пика появление сигнала .о вьтолнении неравенства JN 4 /l/s,MH свидетельствует об окончании интервала вероятных значений конца пика. С инверсного выход превышения первого порога порогового блока 12 этот сигнал проходит на первый информационный вход блока 15, отпирая элемент И 39, и поступает на пятый выход блока 15, сигнализируя аналогично режиму обнаружения начала пика об окончании заполнения счетчика 17 и об окончании записи текущих значений функции в блок 21 памяти. По этому сигналу через элемент НЕ 42 запирается элемент И 38, так как в момент выполнения неравенства. ДЫ i ЛМУН продолжает выполняться

10

0

5

0

5

0

0

5

0

5

неравенство dN л маис подтверждая открытое состояние элемента И 38 по аналогии с режимом обнаружения начала пика. Этлм же сигналом осуществляется выборка значения функции, соответствующего концу пика.Допустим, что в данном режиме текущие значения функции в блоке памяти 21 записаны в ячейках 1, 2,3,...,. Исходя из содержимого счетчика 17 (величина интервала вероятных значений конца пика) и соответствующего ему состояния дешифратора 19 выбирается значение конца пика, хранящееся, например, в ячейке с номером k. Тогда выборка из блока 21 памяти в блок определения поправочной площади производится значений из ячеек с номерами Г, 2, 3,...,k,

Работа второго блока 21 памяти аналогична работе первого блока 20 памяти, с тем лишь отличием, что сдвиг логической единицы, записанной в k-M разряде сдвигового регистра 49, осуществляется влево, в сторону уменьшения порядковых номеров разрядов регистра 49 (k, k-1, k-2j,,53, 2, 1), спобсобствуя счи- тьшанию информации из регистров с соответствующими порядковыми номерами группы регистров 47 на выход бло- ка 21 памяти.

Таким образом, рассмотренное техническое решение позволяет повысить точность определения граничных точек хроматографического пика за счет учета изменения формы пиков с течением анализа.и в результате масштабирования. Это способствует значительному уменьшению погрешностей в определении информативных параметров пиков хроматограмм, что в свою очередь, приводит к повьшгению точности количественного хроматографического анализа, который заключается в определении парциальных количеств отдельных компонентов в анализируе- мой смеси. В результате повьш1ается эффективность хроматографического анализа в целом.

Формула изобретения

1. Устройство для определения граничных точек хроматографического пика, содержащее преобразователь напряжения в частоту, вход которого является входом устройства, а выод подключен к входу блока определения экстремумов и информационным входам первого, второго и третьего лючей, блок сравнения кодов, содиненный первым и вторым входами с вьпсодами первого и второго счетчиков, а выходом - со стробирующим вхоом порогового блока и первыми управляющими входами первого и. третьего ключей, вторые управляющие входы которых подключены к выходу тактового генератора и первому уп- равпяющему входу первого коммутатора, соединенного вторым управлянщим входом с первым выходом блока анаиза приращений, входом установки начальных условий порогового блока и входом обнуления первого и второго счетчиков, информацчо иным входом - с выходом третьего ключа, первым выходом - с суммирующим входом первого счетчика и первым выходом второго коммутатора, а вторым выходом - со счетным входом второгй счетчика, при этом вычитающий вход первого счетчика подключен к второму выходу второго коммутатора, соединенного управляющими входами с выходами сигналов обнаружения минимума и максимума блока определения экстремумов а информационным входом - с выходом первого ключа и информационным входом порогового блока, прямой и инверсный выходы сигнала превышения

первого порога которого подключены к первому и второму информационным входам блока анализа приращений,соединенного первым и вторым управля- ицими входами с выходами сигналов об- наружения минимума и максимума блока обнаружения экстремумов соответственно, а вторьм. выходом - с первым управляющим входом второго ключа выход которого является импульсньм выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения граничных точек пика, в него дополнительно введены два дешифратора, два блока памяти третий и четвертый счетчики, пятый и шестой ключи, при этом прямой и инверсный выходы сигнала превышения второго порога порогового блока подключены к третьему и четвертому информационным входам блока анализа приращений, соединенного вторым выходом с входом разрешения чтения первого блока памяти и первым

5

0

5

0

5

0

5

0

5

управляющим входом четвертого ключа, третьим выходом - с входом разрешения записи первого блока памяти и вторым управляющим входом четвертого ключа, четвертым выходом - с входом разрешения записи второго блока памяти, вторым управляющим входом второго ключа и первым управляющим входом пятого ключа, а пятым выходом - с входом разрешения чтения второго .блока памяти и вторым управляющим входом пятого ключа, информационный вход которого подключен к выходу тактового генератора и информационному входу четвертого ключа, соединенного вькодом со счетным вхо- дом третьего счетчика, выход которого через первый дешифратор подключен к входу адреса выборки первого блока памяти, соединенного информационными входами с выходами первого и второго счетчиков, а синхронизирующим входом - с третьим выходом первого коммутатора и синхронизирующим входом второго блока памяти, подключенного информационными входами к вькодам первого и второго счетчиков а входом адреса выборки - к выходу второго дешифратора, вход которого соединен с выходом четвертого счетчика, подключенного счетным входом к выходу пятого ключа, причем выходы первого и второго блоков памяти являются выходами ординат начала и конца пика соответственно.

2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что пороговый блок содержит два регистра, два счетчика, два элемента И, два элемента ИЛИ и два элемента НЕ, причем первый регистр подключен информационным входом к шине ввода кода первого порога порогового блока, а выходом - к установочному входу перного счетчика соединенного входом управления установкой кода с входом установки начальных условий порогового блока и входом управления установкой кода второго счетчика, вычитающим входом - с информационным входом порогового блока и вычитающим входом второго счетчика, а выходами - с входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого элемента НЕ и первому входу первого элемента И, подключенного вторым входом к стробирующему входу порогового блока и первому входу второго

элемента И, соединенного вторым входом с входом второго элемента НЕ и вьиодом второго элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам вто-г рого счетчика, соединенного установочным входом с выходом второго регистра, подключенного информационным входом к шине ввода кода второго порога порогового устройства, причем выходы первого элемента НЕ и первого элемента И являются соответственно прямым и инверсным выходами сигнала превышения первого порога перо- гового блока, а выходы второго эле- мента НЕ и второго элемента И - прямым и инверсным выходами сигнала превышения второго порога порогового блока.

3. Устройство поп.1,отли чающееся, тем, что блок анализа приращений содержит восемь элементов И, элемент ИЛИ и два элемента НЕ, причем первые входы с первого по четвертый элементов Иподключены к первому управляющему входу блока анализа приращений, второй управляющий вход которого, соединен с первыми входами с пятого по восьмой элементов И, вторые входы первого и восьмого элементов И подключены к первому информационному входу блока анализа приращений, вторые входы третьего и. шестого элементов И соединены с вторым информационным входом блока анализа приращений,вторые входы второго и седьмого элементов И подключены к третьему информационному входу блока анализа приращений, вторые входы четвертого и пятого элементов И соединены с четвертым информационным входом блока анализа приращений, третий вход третьего элемента И через первьш элемент НЕ подключен к выходу четвертого элемента .И, третий вход седьмого элемента И через второй элемент НЕ соединен, с выходом восьмого элемента И, а выходы перв.ого, второго, пятого и шестого элементов И подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока анализа приращений, причем выходы третьего, четвертого, седьмого и восьмого эле ментов И являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока, анализа поиоащений

Изобретение относит ся к области автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения - повьппение точно-, сти определения граничных точек пика. Устройство содержит преобразователь напряжения в частоту 1, тактовый генератор 2, блок определения экстремумов 3, пять ключей 4-8, четыре счетчика 9, 10, 16 и 17, блок сравнения кодов 11 пороговый блок 12, два коммутатора 13 и 14, блок анализа приращений 15, два дешифра

Уст.вх.инср.бх

(от ff/r. iS) (отб. )

Л

fnt.n

Фив.г

(1нв. , i

пр. вых. i

ин.вых,

Пр,вых,2

Строо. вх.

{&п S/I. а)

а

Ж

CpitP.

От ff/f. 1Ъ

д

Фал.5

Составитель С.Казинов Редактор С.Пекарь Техред М.Ходанич Корректор н.Гунько

Заказ 7490/48

Тираж 667

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

Отбл.18

Подписное