[发明专利]免标定调制光谱测量系统

摘要

本发明基于可调谐二极管激光吸收光谱，采用适应恶劣环境的波长调制技术，建立了一种免标定调制光谱测量的软件系统，该测量系统包含数字锁相信号解调模块、调制光谱仿真模块和测量参数提取模块，共14个子模块。其具体功能是，利用数字锁相算法对光电信号解调得到其谐波信号；通过准确的理论计算得到谐波信号的仿真数据库；结合谐波信号和仿真数据库提取流场速度、温度和组分浓度。

主权项

一种免标定调制光谱测量系统，包括数字锁相信号解调模块、调制光谱仿真模块和测量参数提取模块，其特征在于：（1）数字锁相信号解调模块包括测量信号采集子模块、解调信号生成子模块、滤波参数输入子模块、数字混频计算子模块、低通滤波器生成子模块、低通滤波运算子模块。其中，测量信号采集子模块，通过数据采集设备读取探测光电信号、采样率f₁和数据长度L；解调信号生成子模块，根据调制频率f、采样率f₁和数据长度L，生成解调用的参考信号，包括一倍频正弦和余弦信号，以及二倍频正弦和余弦信号；滤波参数输入子模块，用于创建用户与程序的交互接口，通过键盘输入滤波器的低通截止频率和滤波阶次；数字混频计算子模块，将一倍频正弦、余弦信号和二倍频正弦、余弦信号分别与载波信号相乘；低通滤波器生成子模块，根据采样频率f₁、低通截止频率和滤波阶次，创建低通滤波算法；低通滤波运算子模块，将得到的四路混频信号分别经过数字滤波器运算，得到一次谐波信号的X分量（X_1f）和Y分量（Y_1f），以及二次谐波的X分量（X_2f）和Y分量（Y_2f），并分别计算R量；（2）调制光谱仿真模块包括激光参数输入子模块、谱线参数输入子模块、线型函数计算子模块、谐波信号计算子模块、仿真数据库构建子模块。其中，激光参数输入子模块，通过键盘输入或读取数据文件，为谐波信号仿真计算提供激光参数；谱线参数输入子模块，通过键盘输入或读取数据文件，为谐波信号仿真计算提供谱线参数；线型函数计算子模块，对输入的谱线参数进行数值积分计算，得到线型函数；谐波信号计算子模块，利用输入的激光参数和计算得到的线型函数，计算谐波信号；仿真数据库构建子模块，通过计算不同的激光参数和谱线参数对应的谐波信号，得到仿真数据库；（3）测量参数提取模块包括速度计算子模块、信号高度提取子模块、温度、浓度求解子模块。其中，速度计算子模块，用于提取谐波信号的多普勒频移量并计算流场速度；信号高度提取子模块，通过提取谐波信号的最大值来获得谐波信号的高度值；温度、浓度求解子模块，通过迭代算法用仿真谐波信号的高度值和实验谐波信号的高度值，求解流场的温度和浓度。