[发明专利]一种光谱测量系统及多外差拍频信号探测及数据处理方法

权利要求书

1.一种多外差拍频信号探测及数据处理方法，其特征在于：采用一种光谱测量系统，所述光谱测量系统包括光源梳、本振梳、样品室、反射镜、红外探测器以及数据采集卡和计算机；

其中，

光源梳输出光进入样品室；

本振梳输出光进入反射镜；

样品室输出的光与反射镜反射的光在红外探测器上会聚后进入数据采集卡和计算机进行采集和处理；该方法具体包括探测与数据采集，以及数据处理两个步骤；

探测与数据采集，具体包括如下步骤：

步骤S01：多外差拍频光信号被第一红外探测器和第二红外探测器构成的平衡探测器接收，完成光信号到电子学信号的转换；

步骤S02：平衡探测器输出电子学信号至射频滤波器，射频滤波器提取有效的外差拍频信号；

步骤S03：提取的外差拍频信号进入跨阻放大器和运放，由跨阻放大器和运放进行初步放大和调理；

步骤S04：初步放大的外差拍频信号进入带通滤波器，由带通滤波器进行滤波；

步骤S05：滤波信号进入功率探测器，功率探测器输出存在幅度波动的探测得到的外差拍频信号的真功率有效值；

步骤S06：功率探测器输出外差拍频信号的真功率有效值至视觉滤波器，由视觉滤波器进行平滑处理，抑制红外探测器输出信号中包含的内部噪声，得到多外差拍频光信号对应的低噪声下的高信噪比模拟信号；

步骤S07：高信噪比模拟信号进入抗混叠滤波器，由抗混叠滤波器确定采样带宽；

步骤S08：由抗混叠滤波器确定采样带宽后的信号进入高速模数转换器，经高速模数转换器完成模数转换，得到多外差拍频信号的高速、高信噪比采样数据；

数据处理，具体包括如下步骤：

步骤S11：对多外差拍频采样数据，进行异常信号检测与校正，发现并剔除包括毛刺、鬼线在内的异常信号；

步骤S12：对完成异常信号检测与校正后的采样数据，进行非线性校正，以消除所用光频率梳输出光的非线性、红外探测器响应非线性、电子学系统的非线性影响；

步骤S13：对完成非线性校正的采样数据，进行相位校正，以消除外差拍频信号的相位漂移；

步骤S14：对完成相位校正的采样数据，进行傅里叶变换，经傅里叶变换得到复原的复数光谱数据，取复数光谱数据的实部作为复原光谱，复数光谱数据的虚部用于评估相位校正精度以及评估光谱测量系统的性能；

步骤S15：对经傅里叶变换得到的复原光谱，进行幅度漂移校正，以消除因基底信号、采样波动引入的复原光谱的幅度漂移；

步骤S16：对完成幅度漂移校正的复原光谱，进行波长标定，给出光谱采样数据对应的波长值，得到反演光谱数据。

2.根据权利要求1所述的多外差拍频信号探测及数据处理方法，其特征在于：在步骤S01中，第一红外探测器和第二红外探测器，均采用波兰Vigo公司的PV-4TE-10.6红外探测器；其为具有热电制冷、倍增结构、光浸入式特点的红外探测器。

3.根据权利要求1所述的多外差拍频信号探测及数据处理方法，其特征在于：在步骤S11中，异常信号检测与校正采用小波分析算法完成。

4.根据权利要求1所述的多外差拍频信号探测及数据处理方法，其特征在于：在步骤S12中，采用分段三次埃尔米特插值进行非线性校正。

5.根据权利要求1所述的多外差拍频信号探测及数据处理方法，其特征在于：在步骤S13中，采用统计相位方法实现相位偏差计算，并采用时域干涉数据卷积方法完成相位校正。

6.根据权利要求1所述的多外差拍频信号探测及数据处理方法，其特征在于：在步骤S14中，傅里叶变换采用短时傅里叶变换算法实现。

7.根据权利要求1所述的多外差拍频信号探测及数据处理方法，其特征在于：在步骤S15中，采用s-g滤波算法和最小二乘拟合算法实现幅度漂移校正。

8.根据权利要求1所述的多外差拍频信号探测及数据处理方法，其特征在于：在步骤S16中，波长标定采用相对定标与绝对定标融合方法；其中，绝对定标采用气体吸收法，相对定标采用多个法-波罗标准具或者迈克尔逊波长计完成。