[发明专利]一种基于谐波技术的线型非线性修正的检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于谐波技术的线型非线性修正的检测系统及方法，系统包括可调谐半导体激光器、激光器控制模块、信号发生器、参考光路与探测光路、相敏检测电路、数据处理器、显示模块等，并通过背景噪声消除，零线偏移修正，利用Hitran数据库拟合获取对应二次谐波的标准信号，随后根据最优准则进行自适应迭代拟合，使信号达到不对称性最小，得到线型不对称性修正后的信号。本发明能够有效降低零线偏移噪声的波动，线型不对称等影响，提高气体测量的准确性。

技术领域

本发明涉及环境光学领域，具体的说是针对二次谐波信号的非线性影响提出的一种基于谐波技术的线型非线性修正的检测系统及方法。

背景技术

激光光谱技术利用分子光谱的“指纹”特征，对气体浓度进行定量分析，广泛的应用于气体检测中。波长调制光谱技术采用高频检测信号，能够有效地抑制背景噪声，提高检测灵敏度。但在利用波长调制的激光光谱技术进行开放空间气体检测时，激光光强不可避免的受强度调制因素、激光器的剩余幅度调制及不可控的环境噪声干扰，引起二次谐波光谱信号变形、偏移等，致使其谱线非线性增强，影响测量的准确性。因此有效的减少谱线的非线性影响，提高测量的准确性有重要研究意义。

现有的研究主要从减少RAM的角度解决二次谐波的光强调制问题，但针对实际的测量过程中，引起非线性误差的影响复杂多样，仅通过减少RAM的角度，在一定意义上仍然存在其他的影响因素，并没有从根本上解决非线性对光谱信号的影响。

发明内容

鉴于现有技术方法存在的不足，本发明提出一种基于谐波技术的线型非线性修正的检测系统及方法，以期能解决谐波检测中二次谐波光谱信号变形、偏移等致使其谱线非线性增强，影响测量准确性的问题，从而消除谱线的非线性，提高测量准确性。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

本发明一种基于谐波技术的线型非线性修正的检测系统的特点包括：激光器及控制单元、光学单元、数据处理单元；

所述激光器及控制单元由可调谐半导体激光器、激光器控制模块、信号发生器组成；

所述激光器控制模块控制所述可调谐半导体激光器的温度和电流，使得所述可调谐半导体激光器在目标吸收谱线附近输出波长；

所述信号发生器产生的锯齿扫描信号以及高频正弦信号叠加在所述可调谐半导体激光器，从而实现对所述可调谐半导体激光器的输出波长的扫描与调制，并得到调制光束；

所述光学单元由收发望远镜、参考光路与探测光路组成；

所述调制光束分成参考光与探测光，所述参考光路接收所述参考光并转换成参考电信号后传输至所述数据处理单元；

所述探测光路接收所述探测光并通过收发望远镜进入开放空间遥测大气后转换成探测电信号并传输至所述数据处理单元；

所述数据处理单元由相敏检测电路、数据处理器、显示模块组成；

所述相敏检测电路在第i个测量周期下对所述参考电信号进行谐波信号检测，得到参考光路在第i个测量周期下的二次谐波光谱信号或者参考光路在第i个测量周期下无吸收情况的二次谐波背景信号；

所述相敏检测电路在第i个测量周期下对所述探测电信号进行谐波信号检测，得到探测光路在第i个测量周期下的二次谐波光谱信号；

由所述数据处理器对参考光路在第i个测量周期下的二次谐波光谱信号或二次谐波背景信号以及探测光路在二次谐波光谱信号进行非线性修正后再进行在线浓度反演，从而得到第i个测量周期下的反演结果并送至所述显示模块进行显示。

本发明一种基于谐波技术的线型非线性修正的检测方法的特点是按如下步骤进行：