Origin 软件在材料分析测试中的应用

Origin软件在材料分析测试中的应用
摘要：通过几个具体的材料测试分析实验数据处理实例,介绍了如何使用Microcal Origin 来完成实验数据快速、准确的处理与分析的方法及技巧。

与其他计算软件相比,该数据处理软件界面友好,使用方便,具有更高的数据处理效率。

关键词：Origin；数据分析；绘图；材料分析
以下紧接英文题目、作者姓名及所在单位的英译文、摘要和关键词的英译文，全部使用Times New Roman：
An Application of Origin to Analyzing and
Measuring of Material
Abstract：In this paper , some methods and skills applied to handle and analyze data of experiments by Microcal Origin are provided by use of several detail samples in material science field1 Compare with other soft wares , Origin has much more efficiency and easier to use1.
Key words：Origin ; Data analysis ; Drawing; Material analysis
0引言
计算机作为现代化的工具对各个领域来说都有着极为重要的作用，尤其是在材料科学的研究发展中发挥着愈来愈重要的作用，材料科学属于研究材料的一种综合性学科，如，以钢铁行业为例来说，高炉内温度的测量、炉内流体运动的监控、高炉使用寿命的仿真等等都离不开对计算机的使用。

随着各项产业的逐渐精细化和完整化，对计算机的使用要求也在不断地提高，计算机在材料科学中可以说是有着广阔的发展前景。

本文主要试通过浅谈计算机和材料的关系来解析计算机在材料分析中的几个应用方向，目的是来进一步推进计算机在各个学科研究范畴的发展，从而也能促进我国社会经济的进一步向前发展。

Origin由美国MicrocalLab公司推出，是外国科技工作者公认的速度最快、最灵活、使用最容易的数据分析绘图软件。

其突出特点是简单易学，采用直观的、图形化的、面向对象的窗口菜单和工具栏操作。

Origin 软件在材料科学研究和实验中存在着广泛的应用，可以用曲线拟合等多种方法处理数据。

Origin 除了可以进行绘图及非线性拟合等数值分析外，还提供了不同功能，在工作表窗口中提供了数据的排序、调整、计算、统计、相关、卷积、解卷、数字信号处理等功能，在绘图窗口中提供了数学运算、平滑滤波、图形变换、傅立叶变换、各类曲线拟合等功能[3~5]。

本文则是利用Origin7.0 软件对材料科学学科中“居里点
测定”和“镁合金腐蚀”实验中的数据进行了处理，说明该软件在材料科学中的应用。

1应用实例
计算机作为一种现代工具，在当今世界的各个领域日益发挥着巨大的作用。

在材料领域，计算机也正在逐渐成为极其重要的工具。

计算机模拟技术在材料成形加工中的应用使材料成形工艺从定性描述走向定量预测，指导实验并验证某些理论假设，从而促进理论和实验的发展。

计算机模拟是未来材料成型制备工艺的必由之路。

材料科学中的实验为材料科学研究提供了大量的含有材料基本行为特征信息的实验数据，如何快速准确地处理这些复杂的数据，发现其中的规律，从而得到真是客观的材料行为信息，对材料科学研究而言非常重要。

材料科学研究中的数学模型及分析方法，作为21 世纪的重要基础学科之一的材料科学离不开数学。

通过建立适当的数学模型对实际问题进行研究。

它将现实问题简化，抽象为一个数学问题或数学模型。

再采用适当的数学方法求解，进而对现实问题进行定量的分析和研究，最终达到解决实际问题的目的。

1.1 应用实例1
在材料的腐蚀试验中,研究腐蚀的反应速度和动力学规律对了解反应机理及整个反应的速度控制步骤都是非常有用的。

同时,反应速度的测定也是定量描述材料腐蚀程度的基础,在与理论模型相结合对研究材料腐蚀行为将很有帮助的。

重量法是最直接、也是最方便的测定高温腐蚀速度的方法。

如果腐蚀后的腐蚀产物致密且牢固地附在试样表面且质量增加时,可以用增重法来计算。

表1 中的A 和B 分别是锅炉用钢20G和喷涂有高镍铬涂层的20G在相同的高温氧化条件下的腐蚀增重的数据。

为了得出不同材料在同一试验条件下腐蚀增重曲线的规律,用Origin软件中的Plot 菜单下的Scatter得出散点图,再用Analysis菜单中的Non - liner Curves Fit来得出拟合方程。

其结果如图2 所示。

可以得出有、无涂层20G氧化增重的动力学方程的拟合结果分别为: y = 11397 x01137 , y = 31549 x01618可见涂层具有很好的抗氧化性能。

由此可以看出使用Origin软件不仅可以很容易地作出漂亮地曲线,直观地看出其变化趋势,而且能得出其曲线方程的表达式,从而能准确地进行定量分析。

特别是在求解多元线性回归方程和多项式回归方程时显得非常方便快捷。

比采用手工计算节省大量时间,又比采用其它专业数学分析软件好用,无需编程。

1.2实例2
用X 射线衍射仪是对材料进行物相是材料分析测试中的一种常见且很重要的方法,而不同的衍射仪得出的图的格式不同。

采用普通的图像编辑软件不便于对其进行必要的编辑和处理,但是各种X 射线衍射仪在得到衍射的图外,同时不同的衍射角对应的强变都以数据表的形式示;这样就可以用导入或复制、粘贴的方法将数据导入Origin的数据表,利用Plot菜单下的Line菜单能很方便的绘出相分析的衍射图。

特别是当为了便于比较,要将几个衍射图绘在同一个坐标时,可以将不同的试样衍射峰的强变统一加上一个适当的值,以便于让它们在纵坐标上分开,使各自处于不同高度。

例如:为了比较进行了电弧喷涂了的高镍铬涂层的20G钢高温氧化前后的相组成的变化,将已经做过高温氧化试验的涂层试样的相分析的衍射峰强变统一加上3200 ,可以用Column菜单下的Set Column Values 输入表达式Col (C) = Col (C) + 3200来实现。

Col (C) 表示C 列中的数据,即为已经做过高温氧化试验的涂层试样的相分析的衍射峰强变值。

这样两个试样的X 衍射图可以绘于同一个坐标系下如图 3 所示,由此,我们可以很方便地看出:氧化前后涂层试样表面相组成的变化,即氧化试验前试样表面由于热喷涂而形成的氧化物较少,而经过氧化试验后涂层表面的氧化物有了较大的增长,而NiCr 固溶体(γ) 相的变化不大是由于氧化层较薄,部分X 射线穿过该层,反映了其内部相的结果。

1.3Origin软件在镁合金腐蚀实验中的应用
镁合金是航空业与汽车制造业中首选的替代材料，以达到减重的目的。

但是，镁的标准电极电位很低，是常用金属中活泼性最高的，在空气中容易氧化，生成比较疏松的氧化膜，所以镁及镁合金的耐蚀性能较差，制约了镁合金的使用。

显然，研究镁合金的腐蚀特征非常有必要[6~-9]。

在实验中，我们研究了NaCl 质量浓度(ρ)和镁合金在NaCl溶液中浸泡时间对镁合金接触腐蚀质量损失的影响，测得实验数据如表3所示
由Origin 拟合图（上图）可以直观看出：随NaCl 质量浓度的增加，镁合金腐蚀质量损失增加，因为NaCl 质量浓度的增加使电偶电流增加，电流在镁合金上的作用范围扩大，总的腐蚀量增加。

另一方面，电偶电流增加，镁合金上的析氢加剧，由析氢引起的镁合金自腐蚀速度增加。

所以，NaCl 质量浓度增加，试样的腐蚀质量损失增加。

NaCl 质量浓度一定时，浸泡时间延长,腐蚀倾向加大，试样的腐蚀质量损失增加。

故在镁合金的使用过程中，注意与盐溶液的隔离非常有必要。

通过对镁合金腐蚀的研究，初步展现了Origin软件操作的简单易学，是从事教学、科研和工程技术等有关人员可以较快掌握的软件。

2. 应用技巧
在数据导入时,要注意的是对于没有列分隔线的表格可以先以Excel 形式打开,用Excel 中的数据菜单下的子菜单分列建立列分隔线,否则,有时会出现数据难以导入的问题。

当数据输入工作表后,你可以先对输入的数据进行调整。

选Edit/ Set As Begin 使选定的行作为绘图的起始行,Edit/ Set As End 则将选定行作为绘图终止行,在这种情况下可以只绘出某一段数据。

对数据表进行操作的时候,往往先选中某列数据,鼠标箭头变成“+ ”形,这时,在选中列上点击右键就会出现许多菜单,从而方便的进行各种操作,例如: 选Column/ Set as X 、Y、Z ,可以将选定列分别设为X 、Y、Z 轴。

也可以选Column/ Add New Columns ,在工作表中加入新的一列。

当选定某列后再选Column/ Set Column Values ,可以对该列的数据值进行设置等等。

对于在Origin 下得到的相应的图,如果要对
得到的默认图作一些改变,以使它更好的符合自己的意图,就可以在图上需要改变的地方双击鼠标左键。

这时,相应的地方就可以直接编辑,如纵、横坐标的名称;或者弹出相应的对话框,在对话框中进行相应的设置,如更改纵、横坐标的坐标值及其步长、线形的粗细、颜色等,还可以通过适当的设置输出坐标网格效果。

得到自己满意的图后,可以用Edit 菜单下的Copy Page 菜单将其复制到Windows 系统剪贴板上,这时就可以在其它应用程序,如Word 文档中进行粘贴了,注意要对Origin 中的汉字的字体进行相应的设置(一般设置成宋体) ,否则有时粘贴过来图中的汉字将会变成“ ?“ ,而不能正确显示。

还可以把一个Worksheet (工作表) 窗口和其对应的Graph (图) 窗口并列置于同一个Layout Page 窗口中,以便最终输出,该窗口中的对象可以移动、改变大小等,但不能编辑。

另外一个就是Layer (层面) 的概念,它与PhotoShop 中的层类似,可以产生双X轴、双Y 轴(例如同一个温度坐标,左边以摄氏度显示,右边以华氏度显示) 等等。

综合运用这些功能就可以完成更为复杂的任务。

3.结束语
主要是应用了Origin 中绘图和非线性拟合的方法及一些技巧,并得到了较为理想的结果。

Origin除了可以进行绘图及非线性拟合等数值分析外,还提供了不同功能。

在工作表窗口中提供了数据的排序、调整、计算、统计、相关、卷积、解卷、数字信号处理等功能;在绘图窗口中提供了数学运算、平滑滤波、图形变换、傅立叶变换、各类曲线拟合等功能。

Origin 的绘图是基于模板的,本身提供了几十种二维和三维绘图模板。

为了用户扩展功能和二次开发的需要,Origin 还提供了广泛的定制功能和各种接口,用户可自定义数学函数、图形样式和绘图模板,可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件方便地连接。

其相对直观的运算过程及可视化的良好界面也可广泛应用于不同的研究及工程计算领域。

用Origin 的强大的功能可以快捷准确地完成精确度高的数据处理和绘出细致美观
图形等多种繁杂的工作,这一方法简便易行,无需编程,值得推广。

通过以上分析可以看出，材料科学作为一门新型的学科不仅涉及面广，而且发展还不是那么的成熟，当前对于它的研究仍需要一个过程去努力进行探索，我们仍需要一个很长的阶段去探讨。

作为高科技之一的计算机，在当今社会各个领域的发展中都起着极为关键的作用，同样，在材料科学研究过程中的作用也是不可忽视的，计算机为材料科学的发展提供了重要的工具，以此来推进材料科学领域的发展，并成为了材料科学研究领域中的重要工具。

Origin 为软件企业的过程能力提供了一个阶梯式的改进框架，它基于过去所有软件工程过程改进的成果，吸取了以往软件工程的经验教训，提供了一个基于过程改进的框架，指明了一个软件组织在软件开发方面需要管理哪些主要工作、这些工作之间的关系以及以怎样的先后次序，一步一步地做好这些丁作而使软件组织走向成熟。

参考文献:
[1 ] 郝红伟,施光凯1Origin610 实例教程[M]1 北京:中国电力出版社,2000181
[2 ] 梁浩成1 金属腐蚀学导论[M]1 北京:机械工业出版社,19991
[3 ] 王群1 燃煤电站锅炉水冷壁管防护涂层系统的开发与研究硕士学位论文[M]1 武汉:武汉理工大学,20031
[4]李斌.软件工程质量管理的研究现状及发展趋势[J].硅谷，2011(3)：112-113.
[5]李辉.软件工程开发方法的现状与展望[J].福建广播电视大学学报，2011(3)：109-110.
[6]许璐.软件工程未来发展[J].科技传播，2011(13)：67-68。