一種氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)，所述仿真系統(tǒng)包括用于操作中對實驗環(huán)境、實驗儀器設備以及儀器設備操作仿真的仿真現(xiàn)場模塊；用于記錄一次仿真實驗操作流程信息的實驗總覽模塊；提供與實驗相關的理論測試題的理論測試模塊；用于理論方面的拓展內(nèi)容的實驗幫助模塊；用于提供本次仿真具體實驗方面信息的實驗說明模塊；用于提示當前應該進行操作的步驟的單步操作提示模塊；對整個實驗過程進行智能評價的智能評價模塊，還可以包括教師工作站模塊。本發(fā)明可以進行分析檢測全過程仿真，可以完成樣品準備、樣品分析檢測、數(shù)據(jù)分析、技能測試等工作，時間、空間上具有開放性，不受時間、空間限制，有利于學生自主學習。
【專利說明】一種氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種仿真系統(tǒng)，具體來說，是一種用于氣相色譜-質譜聯(lián)用大型分析儀器的仿真系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，隨著現(xiàn)代科技和產(chǎn)業(yè)對分析儀器要求的提高，分析儀器事業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了日新月異的變化，其主要特點如下:(1)分析儀器的制造中大量采用高新技術，使儀器性能得到了很大的提高；(2)分析儀器越來越小型化和操作個人化，使越來越多的人具有使用專業(yè)分析儀器的能力；(3)應用領域不斷擴展，主要領域已不再局限于傳統(tǒng)的化學、地質、材料等部門，而是開始向醫(yī)藥、生物、環(huán)保發(fā)展。然而，分析儀器的應用與發(fā)展還存在著不少問題。首先，儀器本身的高科技性和較昂貴的價值，使得希望通過分析儀器從事創(chuàng)新的人接觸儀器的機會少，使得初級使用者對分析儀器的熟練操作的機會少。對學生而言，則普遍存在實習用分析儀器少的矛盾。其次，即使在廣大科研單位，受實際條件所限，無法通過進行足夠數(shù)量的試驗來確定分析儀器的最佳操作條件，結果導致儀器分析效率降低。最后，許多單位在采購分析儀器時，因為缺乏對欲購儀器的工作原理、用途、應用范圍等方面的了解，導致出現(xiàn)了買非所用、買多用少和重復引進等問題，造成了大量經(jīng)費的浪費。目前，分析儀器價格昂貴、軟硬件要求高、應用人員需要較高專業(yè)水平等因素，已經(jīng)成為廣大中小企業(yè)從事創(chuàng)新開發(fā)的障礙。
[0003]縱觀以上所有問題，儀器昂貴、數(shù)量少、缺乏深入了解是一個重要的原因，有必要使廣大希望使用分析儀器的人員和潛在使用者無需實際操作即可熟練地掌握操作技能，這就是分析儀器的計算機仿真。所謂分析儀器的計算機仿真，就是通過建立分析儀器的數(shù)學模型，利用計算機技術、網(wǎng)絡技術、仿真技術和信息技術，在計算機上建立起一套反應特性與真實分析儀器完全相同的虛擬分析系統(tǒng)。分析人員通過操作這臺虛擬分析儀器，可以獲得與操作真實儀器一樣的豐富經(jīng)驗。該仿真系統(tǒng)除了可用于仿真培訓，還可以優(yōu)化操作條件，甚至可以作為虛擬分析儀器用于現(xiàn)場生產(chǎn)裝置的在線分析。
[0004]儀器分析方法是采用比較復雜或特殊的儀器或設備，通過測量物質的某些物理性質或化學性質的參數(shù)來確定物質的化學組成、成分、含量及化學結構，并形成各自較獨立的方法原理及理論的一類分析方法。學習和掌握這些分析方法，對科研工作者和生產(chǎn)中的相關人員以及相關專業(yè)的學生是十分必要的。但由于條件限制，一些單位特別是一些學校，在進行教學或培訓時，不可能保證有足夠的儀器讓每個人都能獨立操作，且現(xiàn)代的高級儀器在運用時只能看到該儀器的外表，無法清楚地了解其內(nèi)部構造，而利用計算機仿真技術，對其各部分進行仿真，使學習者能深入了解并掌握所使用儀器的結構和原理，并通過在計算機上進行“操作”的方式來達到學習的目的，既節(jié)省了經(jīng)費，又發(fā)揮了仿真技術可能性、安全性、準確性、方便性的優(yōu)勢，同時還能將一些實際操作中很難講授清楚的原理及錯誤操作都形象地表現(xiàn)出來。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)，所述仿真系統(tǒng)包括仿真現(xiàn)場模塊、實驗總覽模塊、理論測試模塊、實驗幫助模塊、實驗說明模塊、單步操作提示模塊與智能評價模塊，還可以包括教師工作站模塊。仿真現(xiàn)場模塊用于操作中對實驗環(huán)境、實驗儀器設備以及儀器設備操作的仿真；實驗總覽模塊用于記錄一次仿真實驗操作流程信息，包括上述各個模塊的操作信息；理論測試模塊提供與實驗相關的理論測試題；實驗幫助模塊用于理論方面的拓展內(nèi)容，包括實驗目的、實驗原理、實驗所用試劑、耗材、儀器及要求；實驗說明模塊用于提供本次仿真具體實驗方面信息；單步操作提示模塊用于提示當前應該進行操作的步驟；智能評價系統(tǒng)，對整個實驗過程進行智能評價。
[0006]所述的仿真現(xiàn)場模塊包括樣品配置仿真模塊、氣體鋼瓶仿真模塊、進樣仿真模塊、色譜質譜儀仿真模塊和電腦仿真模塊；首先，樣品配置仿真模塊進行樣品配置并在進樣仿真模塊中實現(xiàn)進樣，樣品通過進樣口進入色譜質譜儀仿真模塊，此時氣體鋼瓶仿真模塊模擬供應氣體，隨后通過電腦仿真模塊實現(xiàn)對色譜質譜儀的系統(tǒng)配置、方法設置、數(shù)據(jù)采集、處理操作，形成分析報告。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0008]1.分析檢測全過程仿真，可以完成樣品準備、樣品分析檢測、數(shù)據(jù)分析、技能測試
等工作。
[0009]2.儀器使用環(huán)境全仿真，由于現(xiàn)代大型分析儀器的操作也是由計算機進行在線控制，本發(fā)明的儀器分析仿真軟件提供了與真實分析儀器幾乎相同的操作界面，這樣學生完成一次儀器仿真操作，就與實際進行在線儀器分析操作一樣。
[0010]3.時間、空間上具有開放性，通過儀器分析軟件的網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)，仿真模型和界面系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡在不同的計算機上運行，因此，學生只需在校園內(nèi)任何一臺計算機上設置正確的IP地址，即可登錄儀器仿真實驗室系統(tǒng)，完成有關儀器操作實驗內(nèi)容，不受時間、空間限制，有利于學生自主學習。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為仿真現(xiàn)場模塊中現(xiàn)場設備的布置示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明中仿真現(xiàn)場模塊原理示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0014]本發(fā)明提供的氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)，包括仿真現(xiàn)場模塊、實驗總覽模塊、理論測試模塊、實驗幫助模塊、實驗說明模塊，單步操作提示模塊與智能評價模塊，還包括教師工作站模塊。
[0015]其中，仿真現(xiàn)場模塊主要用于操作中對現(xiàn)場設備以及現(xiàn)場設備操作的仿真，如圖2，包括樣品配置仿真模塊、氣體鋼瓶仿真模塊、進樣仿真模塊、色譜質譜儀仿真模塊和電腦仿真模塊；首先，樣品配置仿真模塊進行樣品配置并在進樣仿真模塊中實現(xiàn)進樣，樣品通過進樣口進入色譜質譜儀仿真模塊，此時氣體鋼瓶仿真模塊模擬供應氣體，隨后通過電腦仿真模塊實現(xiàn)對色譜質譜儀的系統(tǒng)配置、方法設置、數(shù)據(jù)采集、處理操作，形成分析報告。[0016]所述的現(xiàn)場設備如圖1所示，包括電腦、色譜儀、質譜儀、樣品瓶、氣體鋼瓶和桌面椅子等實驗所需設備。
[0017]所述的樣品配置模塊包括稀釋單元與配置單元。稀釋單元用來實現(xiàn)樣品的選擇以及稀釋倍數(shù)的選擇，進而實現(xiàn)對樣品的稀釋操作，且對樣品稀釋后的濃度進行顯示。配置單元用來對樣品瓶的選擇，以及稀釋后的樣品在被選中樣品瓶中的裝載。
[0018]氣體鋼瓶仿真模塊用來仿真現(xiàn)場的氣體鋼瓶，且可實現(xiàn)氣體鋼瓶的閥門調(diào)節(jié)操作，進而實現(xiàn)對氣體鋼瓶的載氣壓力調(diào)節(jié)，并對調(diào)節(jié)后的載氣壓力數(shù)據(jù)進行存儲。
[0019]色譜質譜儀仿真模塊用來仿真現(xiàn)場的色譜質譜儀，實現(xiàn)色譜質譜儀的開啟與關閉。
[0020]電腦仿真模塊用來仿真現(xiàn)場的電腦設備，包括硬件單元、系統(tǒng)配置單元、方法設置單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元。其中，硬件單元用來實現(xiàn)電腦設備的開啟與關閉操作；系統(tǒng)配置單元用來對色譜柱、檢測器等儀器條件進行配制；方法設置單元用來對儀器調(diào)諧、真空控制條件設置；數(shù)據(jù)采集單元用來實現(xiàn)對色譜質譜儀仿真模塊中數(shù)據(jù)的采集；數(shù)據(jù)處理單元用來對數(shù)據(jù)采集方法進行設置以及對數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)對應的質譜圖進行相似度檢索實現(xiàn)樣品的定性和定量分析，并對數(shù)據(jù)處理單元的結果進行顯示，形成分析報告。
[0021]實驗總覽模塊用于記錄一次仿真實驗操作流程信息，包括上述各個模塊的操作信息，如:樣品配置、啟動儀器運行軟件、進樣、數(shù)據(jù)分析和降溫關機等操作。
[0022]理論測試模塊提供與實驗相關的理論測試題，所述的測試題可以預先設置并且存儲，需要是進行調(diào)用即可。
[0023]實驗幫助模塊用于理論方面的拓展內(nèi)容，包括實驗目的、實驗原理、實驗所用試齊U、耗材、儀器及要求等內(nèi)容。
[0024]實驗說明模塊用于提供本次仿真具體實驗方面信息，包括實驗步驟等操作說明。
[0025]單步操作提示模塊用于提示當前應該進行操作的步驟；包括配制試樣提示、進樣分析提示、啟動儀器提示、數(shù)據(jù)分析提示、運行軟件提示、曲線設定提示和降溫關機提示等。
[0026]智能評價系統(tǒng)，對整個培訓過程進行智能評價。
[0027]本發(fā)明提供的氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)還包括教師工作站模塊，所述的仿真工作站模塊包括大廳管理單元、運行管理單元、顯示設置單元、成績統(tǒng)計單元和策略管理單元。
[0028]所述的大廳管理單元包括系統(tǒng)狀態(tài)子單元和退出子單元，所述的系統(tǒng)狀態(tài)子單元用于顯示系統(tǒng)的相關信息，所述的相關信息包括有培訓規(guī)模和實際連接的學員站臺數(shù)；所述的退出子單元，用于實現(xiàn)退出教師工作站模塊。
[0029]所述的運行管理單元包括項目終止\交卷子單元、凍結\解凍子單元、變量監(jiān)視子單元、事故監(jiān)視子單元、瀏覽成績單子單元、查看詳細評分子單元、查看報告子單元、考核管理子單元、聯(lián)合操作子單元和臨時故障設置子單元。所述的項目終止\交卷子單元中，教師強行對單個或者多個學員終止培訓和考試；所述的凍結\解凍子單元中，教師對單個或者多個學員進行凍結、解凍操作；所述的變量監(jiān)視子單元中，查看所選中學員當前的工藝參數(shù)；所述的事故監(jiān)視子單元，在正常工況維持事故中，查看教師站給學員下發(fā)事故的時間、種類和個數(shù)；所述的瀏覽成績單子單元，瀏覽單個學員成績；所述的查看詳細評分子單元，對單個學員的詳細成績單進行瀏覽；所述的查看報告子單元，打開教師站所保存的報表文件(rpt格式或excel);所述的考核管理子單元，教師手動更改學生的考試成績。所述的聯(lián)合操作子單元，查看聯(lián)合操作分組信息和對聯(lián)合操作的學員進行凍結\解凍；所述的臨時故障設置子單元，教師手動對多個或者單個學員臨時發(fā)送事故，提高學員對軟件工藝的了解和提高其應變能力。此功能在冷態(tài)開車、停車、事故處理等多個培訓模式中都可使用。
[0030]所述的顯示設置單元，包括服務器設置子單元、自定義顯示子單元和字體及顏色設置子單元。所述的服務器設置子單元，設置服務器所連接的最大人數(shù)和服務器的名稱；所述的自定義顯示子單元，教師根據(jù)需要設置教師站中顯示的學員信息；所述的字體及顏色設置子單元，設置教師站中字體的顏色和字號。
[0031]所述的成績統(tǒng)計單元，在培訓和考試過程中，可以查看某個學員的單個成績單以及帶有操作步驟的詳細成績單，查看學員的歷史成績；統(tǒng)計參加考試和培訓的所有學員成績。具體包括單個學員成績子單元、所有學員成績子單元和歷史成績查詢子單元，其中，單個學員成績子單元，選中某個學員后查看該學員的成績單和詳細操作步驟得分情況。所述的所有學員成績子單元保存和查看所有學員的原始成績報表(rpt格式，不可以修改)和簡明成績報表(excel格式，可修改)。所述的歷史成績查詢子單元，根據(jù)考試時間、學員姓名、學號、培訓工藝、培訓模式查詢單個或者多個學員的總成績或者分項成績。
[0032]所述的策略管理單元包括有考試策略子單元、培訓策略子單元、權限策略子單元、事故管理子單元和思考題管理子單元5個子單元，所述的考試策略子單元用于教師編輯修改和組建考試試卷；所述的培訓策略子單元用于教師編輯修改和組建培訓方案；所述的權限策略子單元用于修改、編輯考試和培訓的權限；所述的事故管理子單元用于添加、修改各種事故；所述的思考題管理子單元用于添加、編輯思考題。
[0033]實施例一:有機氯農(nóng)藥檢測(α -六六六)仿真系統(tǒng)操作:
[0034]第一步，打開仿真現(xiàn)場模塊，在彈出的樣品配置仿真模塊中，點擊稀釋單元，并分別輸入稀釋倍數(shù)，稀釋結果顯示出稀釋后的濃度，點擊“裝入1#”，將當前濃度的標樣裝入1#樣品瓶，同樣方法，稀釋2#、3#、4#樣品。
[0035]第二步，啟動儀器，點擊氣體鋼瓶仿真模塊，彈出載氣操作場景，點擊鋼瓶上閥門調(diào)節(jié)圖標，調(diào)節(jié)載氣壓力，通過壓力調(diào)節(jié)載氣流速控制到1.2ml/min，點擊質譜儀的按鈕，彈出質譜儀開關，點擊開關，打開質譜儀電源，點擊仿真現(xiàn)場模塊中的電腦主機電源，啟動電腦。
[0036]第三步，運行電腦仿真模塊，數(shù)據(jù)采集單元進入數(shù)據(jù)方法設置功能模塊，按照“SNT-2899-2011”方法設置數(shù)據(jù)采集方式:進樣方式選擇“不分流”，載氣控制方式選擇“壓力”，進樣時間設置為1.5min。設置進樣口壓力為500kp，進樣口溫度設置為250°C，柱溫箱溫度設置為100°C。
[0037]升溫程序為:
[0038]
【權利要求】
1.一種氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)，其特征在于:包括仿真現(xiàn)場模塊、實驗總覽模塊、理論測試模塊、實驗幫助模塊、實驗說明模塊、單步操作提示模塊與智能評價模塊；仿真現(xiàn)場模塊用于操作中對實驗環(huán)境、實驗儀器設備以及儀器設備操作的仿真；實驗總覽模塊用于記錄一次仿真實驗操作流程信息，包括上述各個模塊的操作信息；理論測試模塊提供與實驗相關的理論測試題；實驗幫助模塊用于理論方面的拓展內(nèi)容，包括實驗目的、實驗原理、實驗所用試劑、耗材、儀器及要求；實驗說明模塊用于提供本次仿真具體實驗方面信息；單步操作提示模塊用于提示當前應該進行操作的步驟；智能評價系統(tǒng)，對整個實驗過程進行智能評價。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述的仿真現(xiàn)場模塊包括樣品配置仿真模塊、氣體鋼瓶仿真模塊、進樣仿真模塊、色譜質譜儀仿真模塊和電腦站仿真模塊；首先，樣品配置仿真模塊進行樣品配置并在進樣仿真模塊中實現(xiàn)進樣，樣品通過進樣口進入色譜質譜儀仿真模塊，此時氣體鋼瓶仿真模塊模擬供應氣體，隨后通過電腦仿真模塊實現(xiàn)對色譜質譜儀的系統(tǒng)配置、方法設置、數(shù)據(jù)采集、處理操作，形成分析報告。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述的樣品配置模塊包括稀釋單元與配置單元，稀釋單元用來實現(xiàn)樣品的選擇以及稀釋倍數(shù)的選擇，進而實現(xiàn)對樣品的稀釋操作，且對樣品稀釋后的濃度進行顯示；配置單元用來對樣品瓶的選擇，以及稀釋后的樣品在被選中樣品瓶中的裝載；氣體鋼瓶仿真模塊用來仿真現(xiàn)場的氣體鋼瓶，且可實現(xiàn)氣體鋼瓶的閥門調(diào)節(jié)操作，進而實現(xiàn)對氣體鋼瓶的載氣壓力調(diào)節(jié)，并對調(diào)節(jié)后的載氣壓力數(shù)據(jù)進行存儲；色譜質譜儀仿真模塊用來仿真現(xiàn)場的色譜質譜儀，實現(xiàn)色譜質譜儀的開啟與關閉；電腦仿真模塊用來仿真現(xiàn)場的電腦設備及色譜質譜儀工作站。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述的電腦仿真模塊包括硬件單元、系統(tǒng)配置單元、方法設置單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元；其中，硬件單元用來實現(xiàn)電腦設備的開啟與關閉操作；系統(tǒng)配置單元用來對色譜柱、檢測器等儀器條件進行配制；方法設置單元用來對儀器調(diào)諧、真空控制條件設置；數(shù)據(jù)采集單元用來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集方法進行設置以及對色譜質譜儀仿真模塊中數(shù)據(jù)的采集；數(shù)據(jù)處理單元用來對數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)進行處 理，包括根據(jù)采集的數(shù)據(jù)生成色譜、質譜曲線，根據(jù)對應的質譜圖進行相似度檢索實現(xiàn)樣品的定性和定量分析，并對數(shù)據(jù)處理單元的結果進行顯示，形成分析報告。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述的氣質聯(lián)用仿真系統(tǒng)還包括教師工作站模塊，所述的教師工作站模塊包括大廳管理單元、運行管理單元、顯示設置單元、成績統(tǒng)計單元和策略管理單元； 所述的大廳管理單元包括系統(tǒng)狀態(tài)子單元和退出子單元，所述的系統(tǒng)狀態(tài)子單元用于顯示系統(tǒng)的相關信息，所述的相關信息包括有培訓規(guī)模和實際連接的學員站臺數(shù)；所述的退出子單元，用于實現(xiàn)退出教師工作站模塊； 所述的運行管理單元包括項目終止\交卷子單元、凍結\解凍子單元、變量監(jiān)視子單元、事故監(jiān)視子單元、瀏覽成績單子單元、查看詳細評分子單元、查看報告子單元、考核管理子單元、聯(lián)合操作子單元和臨時故障設置子單元，所述的項目終止\交卷子單元中，教師強行對單個或者多個學員終止培訓和考試；所述的凍結\解凍子單元中，教師對單個或者多個學員進行凍結、解凍操作；所述的變量監(jiān)視子單元中，查看所選中學員當前的工藝參數(shù)；所述的事故監(jiān)視子單元，在正常工況維持事故中，查看教師站給學員下發(fā)事故的時間、種類和個數(shù)；所述的瀏覽成績單子單元，瀏覽單個學員成績；所述的查看詳細評分子單元，對單個學員的詳細成績單進行瀏覽；所述的查看報告子單元，打開教師站所保存的報表文件；所述的考核管理子單元，教師手動更改學生的考試成績。所述的聯(lián)合操作子單元，查看聯(lián)合操作分組信息和對聯(lián)合操作的學員進行凍結\解凍；所述的臨時故障設置子單元，教師手動對多個或者單個學員臨時發(fā)送事故，提高學員對軟件工藝的了解和提高其應變能力；所述的顯示設置單元，包括服務器設置子單元、自定義顯示子單元和字體及顏色設置子單元。所述的服務器設置子單元，設置服務器所連接的最大人數(shù)和服務器的名稱；所述的自定義顯示子單元，教師根據(jù)需要設置教師站中顯示的學員信息；所述的字體及顏色設置子單元，設置教師站中字體的顏色和字號；所述的成績統(tǒng)計單元，在培訓和考試過程中，查看某個學員的單個成績單以及帶有操作步驟的詳細成績單，查看學員的歷史成績；統(tǒng)計參加考試和培訓的所有學員成績，具體包括單個學員成績子單元、所有學員成績子單元和歷史成績查詢子單元，其中，單個學員成績子單元，選中某個學員后查看該學員的成績單和詳細操作步驟得分情況。所述的所有學員成績子單元保存和查看所有學員的原始成績報表和簡明成績報表；所述的歷史成績查詢子單元，根據(jù)考試時間、學員姓名、學號、培訓工藝、培訓模式查詢單個或者多個學員的總成績或者分項成績；所述的策略管理單元包括有考試策略子單元、培訓策略子單元、權限策 略子單元、事故管理子單元和思考題管理子單元5個子單元，所述的考試策略子單元用于教師編輯修改和組建考試試卷；所述的培訓策略子單元用于教師編輯修改和組建培訓方案；所述的權限策略子單元用于修改、編輯考試和培訓的權限；所述的事故管理子單元用于添加、修改各種事故；所述的思考題管理子單元用于添加、編輯思考題。
【文檔編號】G09B7/02GK103646576SQ201310717511
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權日:2013年12月23日
【發(fā)明者】句榮輝, 羅紅霞, 汪長鋼, 段麗麗 申請人:北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院