北京航空航天大学徐立军获国家专利权
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龙图腾网获悉北京航空航天大学申请的专利一种抑制乘性噪声的激光吸收光谱提取方法与系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115639171B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-25发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211356807.X,技术领域涉及:G01N21/39;该发明授权一种抑制乘性噪声的激光吸收光谱提取方法与系统是由徐立军;陆方皞;曹章;李泓瑶;吴易恭;张晓倩设计研发完成,并于2022-11-01向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种抑制乘性噪声的激光吸收光谱提取方法与系统在说明书摘要公布了:本发明提供了一种抑制乘性噪声的激光吸收光谱提取方法与系统。系统包括测试激光发生模块、无吸收激光发生模块、光纤耦合器、光纤分束器、干涉仪、光电探测器、数据采集模块、在线补偿模块与计算机。测试激光发生模块产生扫描的激光经分光后一束由干涉仪记录波长,另一束与无吸收激光发生模块产生的正弦调制激光经过光纤耦合器合束后由准直镜发出,穿过待测气体被光电探测器探测,由数据采集模块采集后经在线补偿模块将测试激光与无吸收激光分开,并利用无吸收激光的强度变化补偿光线偏折效应带给测试激光的强度变化,实现准确的吸收光谱提取。该发明结构简单,能够克服光线偏折效应对激光吸收光谱的干扰,在燃烧诊断等动态吸收光谱测试领域有广阔应用前景。
本发明授权一种抑制乘性噪声的激光吸收光谱提取方法与系统在权利要求书中公布了:1.一种抑制乘性噪声的激光吸收光谱提取系统,其系统组成包括测试激光发生模块、无吸收激光发生模块、光纤耦合器、干涉仪、光电探测器、数据采集模块与在线补偿模块;测试激光发生模块按照锯齿波调制的模式发出包括待测气体吸收谱段的测试激光信号,由测试激光发生模块产生的测试激光经过分束器分光后,一束测试激光信号由干涉仪记录波长,另一束测试激光信号与无吸收激光发生模块产生的正弦调制激光经过光纤耦合器合束之后由准直镜发出,穿过待测气体被光电探测器探测,由数据采集模块采集后,经在线补偿模块使用局部递推解调的方法,将测试激光与无吸收激光分开,并利用无吸收激光的强度变化补偿光线偏折效应带给测试激光的强度变化,实现准确的吸收光谱提取; 测试激光发生模块采用可调谐近红外激光器,使用锯齿波的电流调制可调谐激光器发出在待测气体吸收谱附近的扫描信号;使用的无吸收激光发生模块采用与测试激光发生模块所选用的近红外激光器中心波段相似的可调谐近红外激光器,在测试激光发生模块发出的测试激光的中心波段附近的无吸收区域,利用高频正弦电流驱动可调谐激光器发出正弦调制的红外激光;两束激光经过可变增益的光纤耦合器合束后,由准直镜发出;其中,测试激光器发生模块采用的锯齿波电流驱动的可调谐激光器发光强度变化ISt在一个扫描周期T内随时间t变化可以表示如下: ISt=A0+A1t+A2t2+A3t31 其中,A0、A1、A2、A3分别表示由于激光器非线性导致的不同阶的项;在此调制模式下,使测试激光发生模块控制的可调谐激光器发出中心波长为待测气体的吸收峰中心,记为λ1;将无吸收激光发生模块控制的可调谐激光器的中心发光波长控制在待测气体的吸收峰λ1附近的无吸收位置,可以表示为λ1+Δλ,测气体在λ1+Δλ位置无吸收;其中无吸收激光器发生模块采用的正弦电流驱动的可调谐激光器发光强度变化IMt随时间t变化可以表示如下: 其中,IH表示正弦驱动的幅度,fH为正弦调制频率,为正弦调制信号的初始相位;由测试激光发生模块产生的测试激光经过分束器分光后,一束测试激光信号由干涉仪记录波长,另一束测试激光信号与无吸收激光发生模块产生正弦调制的激光经过可变增益的光纤耦合器合束之后由准直镜发出,由准直镜发出的激光强度可以表示为: I0t=G1ISt+G2IMt3 其中,G1与G2为可变增益的光纤耦合器对两束激光的增益调节; 在线补偿模块使用局部递推解调的方法,将测试激光与无吸收激光分开,并利用无吸收激光的强度变化补偿光线偏折效应带给测试激光的强度变化,实现准确的吸收光谱提取;其中,经过光学吸收后与光线偏折后的光强信号可以表示为: Itt=G1·ISt·τt+G2·IMt·Pt4 其中,τt表示气体吸收率,Pt表示由光线抖动导致的光强变化; 在线补偿模块所涉及的局部递推解调的方法如下:模数转换器以fs的数字采样率实现对模拟信号的数字转换,局部数据提取器将第i个采样点到第i+M个采样点打包发往可配置解调器进行在线解调,其中,i的取值范围为1到T·fs-M;在线解调模块中的可配置数字解调器由核心控制器根据设计的调制波形配置形式可以表示为Rk: 其中,k的取值范围为1到M;可配置数字解调器将从局部数据提取器中收到的局部数据组Yi与R作如下的计算: 计算第i个采样点处激光强度向量Xi: Xi=FiM-1JiM7 吸收谱补偿器根据激光强度向量Xi计算第i个采样点处的测试激光光强为: 当所有采样点被遍历计算后,选取无吸收位置数据点,拟合基线Iref,计算吸收度τ为: 将τ与从干涉仪中记录并解算出来的波长变化信号v按照时间对应,可恢复待测气体的吸收谱α。
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