基于LabVIEW的数值微分算法在电位溶出分析仪中的应用研究.pdfVIP

第38卷第5期 河南师范大学学报(自然科学版) V01．38No．5 JournalHenanNormal Science) 2010年9月 of University(Natural Sept．2010 文章编号：lOOO一2367(2010)05一0100一04 基于LabVIEW的数值微分算法在电位溶 出分析仪中的应用研究 杨保河1，刘建锋2 (1．郑州师范学院物理系，郑州450044；2．上海电力学院电力工程系，上海200090) 摘 要：虚拟仪器技术是电子测鼍技术与计算机相融合的一项测控领域的新技术，图形化语言LabVIEW是 虚拟仪器技术的开发平台，其库函数中有用于各种数学运算及信号处理的甬数模块．本文就信号处理中常用的多项 式最小二乘法滤波、数字信号的数值微分方法，及其LabVIEW实现做了介绍．在数据处理上，利用LabVIEW工具库 3次样条插值函数，实现数值微分运算的算法设计，并讨论了其在微分电位溶出分析仪上的应用． 关键词：LabVIEW；电位溶出分析；最dx-乘拟合；样条插值甬数 391 中图分类号：TP 文献标志码：A 电位溶出分析仪，是利用电位溶出法对溶液中微量元素进行定性、定量分析的测试分析仪器．微分电位 溶出分析是在经典电位溶出分析的基础上发展而来，精度较高的一种分析方法【l七]．随着微机技术的发展， 电化学分析领域也出现了和微机相结合的智能化微量元素分析仪，不但简化了操作步骤，而且可以用软件代 替部分硬件的功能，用来分析和处理数据． 虚拟仪器技术的开发平台之一LabVIEW是一种图形化的编程语言．其内部提供了大量的函数模块供 用户直接调用，涵盖了几乎所有数字信号处理所需要的函数．LabVIEw提供的功能强大的高级数学分析 库，可以满足各种工程计算和分析需要． 本文就电位溶出分析仪所采集信号的处理过程中，数据的滤波方法及其对精度的影响做了讨论．在数据 处理上，利用LabVIEW3次样条函数，用软件的方法替代硬件电路，实现了数值微分算法在微分电位溶出分 析仪上的应用． 1 采样数据信号算法分析 1．1 多项式最小二乘拟合及其数据平滑滤波 在对微分电位溶出分析仪电化学传感器获取的数据信号进行处理时，由于各种偶然因素的存在，总是有 这样那样的误差存在．而数值微分运算对干扰信号较为敏感，所以在对采样的数值信号进行运算时，必须加 以适当的滤波处理才能得到较高精度的计算结果．数据的平滑滤波是较为常用的一种信号滤波手段，以下对 其算法进行介绍分析． 信号的平滑滤波是通过对采样所得的数据信号再处理来达到去除或减少噪声的目的．数据平滑处理方 法有移动平均平滑法、指数平均平滑法、多项式最小二乘平滑法等．其中多项式最小二乘法对数据进行平滑 滤波，就是选取一定的平滑窗口宽度N=2m+l，用获得的原始数据序列作多项式拟合，获得平滑处理后的 数据曲线，其多项式拟合曲线 三 y(￡)=ao+alt+a2t2+…+口gtq=≥：a，￡’， (1) J=0 其系数a。符合这样的条件： 收稿日期：2010—05—12 作者简介：杨保河(1965--)，男，河南禹州人，郑州师范学院副教授．研究方向：课程与教学论及材料科学研究． 万方数据 第5期 杨保河等：基于LabVIEW的数值微分算法在电位溶出分析仪中的应用研究 101 假设所测得数据序列(五，Yi)，(i=一m，…，0，…，m，取测量的数据点为奇数，是为了方便得到中心点的 平滑滤波数据，并不失一般性．)，将所对应的点代入到(1)式后，使得总误差Q为最小： Q一∑(弘一∑n，z{)2．