Технический проект. 
Разработка модуля обработки данных физического эксперимента

Общее описание модуля

Назначение модуля

Разрабатываемая система служит расчета энтальпии исследуемого вещества по данным, полученным методом масс-спектрометрии. Пользователями разрабатываемого модуля являются исследователи кафедры физики — специалисты в области массспектрометрии. Диаграмма вариантов использования для пользователя представлена на рисунке 4:

Рисунок 4 — ДВИ разрабатываемого модуля.

Экспериментатор — это роль, которую принимает на себя сотрудник кафедры физики, проводящий эксперимент при помощи системы. При использовании модуля расчета энтальпии предполагается наличие у экспериментатора входных данных корректного формата, представляющих собой массив значений интенсивности, массы, температуры холодных концов термопары и температуры нагрева ячейки, изменяющихся во времени эксперимента.

Обработка экспериментальных данных включает в себя понятия подготовки показателей температуры, а именно, перерасчет ее показаний, полученных с первичных преобразователей (в милливольтах) в единицы метрической системы; кроме того, обработка включает избавление получаемых данных от шумов, поиск заданного количества пиков, и собственно, сам процесс нахождения энтальпии сублимации и погрешности метода (линейного МНК).

На рисунке 5 представлена диаграмма деятельности, иллюстрирующая процесс обработки показаний интенсивности, а именно поиск нуля при обработке «плавающих» показаний:

Рисунок 5 — Поиск «плавающего» ноля для значений интенсивности.

При этом под понятием «словарь интенсивностей» подразумевается такая структура данных, которая представляет собой ассоциативный массив с возможностью однозначного определения значения количества вхождений элемента по «ключу». В данной работе в качестве ключевого значения выступают показания интенсивности ионного тока.

Процесс поиска необходимого числа пиков, которое задается экспериментатором вручную после визуального осмотра полученного масс-спектра осуществляется через создание одномерного массива, содержащего в себе «ключевые» элементы для однозначного определения пика. В этом случае, ключом выступает значение отношения массы к заряду. Иллюстрация этого процесса представлена на диаграмме деятельности — рисунок 6:

Рисунок 6 — Компоновка списка показаний для пиков.

Затем для каждого из массивов списков точек, производится поиск параметров аппроксимирующей зависимости по формулам (5) и (6) и возвращается массив пересчитанных по этим параметрам значений. Протокол взаимодействия классов внутри системы отображен на диаграмме последовательности — рисунок 7:

Рисунок 7 — ДП для процесса поиска аппроксимированных значений функции.

Поскольку данный процесс является, с одной стороны, самостоятельной единицей и возвращает значимый для экспериментатора результат — аппроксимированную зависимость, которая затем отображается на уровне представления, а с другой стороны результатом деятельности именно этого процесса является значение параметров аппроксимации, которые затем используются при расчете энтальпии сублимации, то имеет смысл рассмотреть более сложную диаграмму последовательности, включающую в себя поиск значения энтальпии сублимации. Данная диаграмма представлена на рисунке 8.

При этом в рамках рассматриваемого модуля осуществляется попытка использования архитектурного решения Model-View-Controller с тонким контроллером, где всю реализацию бизнес-логики предполагается передать т.н. модели.

Из этого следует, что класса «Фабрика процессов» — есть класс уровня контроллера. Если точнее — единственный, статический класс уровня контроллер. А классы, предназначенные для чтения, подготовки данных, а так же расчета энтальпии сублимации являются классами уровня модели. Подробнее данные понятия будут раскрыты в пункте «Описание системы».

Рисунок 8 — ДП расчета энтальпии сублимации.

Перечень функций, реализуемых модулем

Модуль расчета энтальпии должен выполнять следующие функции:

• — расчет значения энтальпии сублимации;
• — графическое отображение зависимости Ln (I*T) от 1000/T в виде точек на графике;
• — графическое отображение полученной методом линейного МНК зависимость в виде прямой линии;
• — расчет полученной в результате применения линейного МНК ошибки;