(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210371255.3 (22)申请日 2022.04.11 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 曹章　李春怡　徐立军　侯广羽　 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/3504(2014.01) (54)发明名称 一种免标定抗振动 的吸收光谱测量方法与 系统 (57)摘要 本发明提出一种免标定抗振动的吸收光谱 测量方法与系统， 由激光发射模块、 分光器、 动 镜、 定镜、 光电探测器和数据采集处理模块等构 成， 在进行测量时， 激光发生模块发出一束标准 波长的激光和一束频率变化的扫频激光， 两束激 光合束后， 经准直透镜照射到迈 克尔逊红外干涉 系统的动镜和定镜上， 在动镜移动的情况下， 两 束光分别产生干涉， 干涉信号叠加后的光强被光 电探测器接收。 通过测量得到的非标准拍的包络 与被调制周期信号的周期比， 以标准波长的激光 为参考， 确定待测光的绝对波长， 进而获得吸收 光谱数据。 本发 明消除了传统傅里叶红外光谱仪 动镜移动速度不均等因素导致的误差， 可实现对 气体吸收光谱的宽范围的高精度测量， 具有广阔 的应用前 景。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 114993941 A 2022.09.02 CN 114993941 A 1.一种免标定抗振动的吸收光谱测量方法与系统， 其特征在于， 所述系统包括激光发 射模块、 分光器、 动镜、 定镜、 光电探测 器和数据采集处理模块等； 其中， 所述的激光发射模 块利用光纤将两个激光器相连， 使之同时发出一束标准波长的激光和一束频率变化的扫频 激光， 经过分光器后， 两种波长的激光分别分光为等光 强的两束光， 分别经过动镜和定镜反 射后各自相 干， 两种波长的激光的各自的干涉光强被光电探测器同时接 收， 在测量过程中 使动镜移动一段距离， 利用数据采集处理模块将叠加后的光强数据采集到计算机； 利用采 集到的时域光强数据， 通过计算振 幅调制包络与被调制周期波形 的周期之比， 确定标准光 与待测光的波长比， 利用已知的标准光波长， 确定待测光 或扫频光的波长， 通过处理光 强数 据将两种波长的激光的光强值分离， 计算获得待测光的光强； 当光路中的气体分子在扫频 激光谱段有吸 收时， 可以得到该气体的吸 收光谱。 2.根据权利要求1所述的一种免标定抗振动的吸收光谱测量方法与系统， 其特征在于， 可以在不要求动镜匀速移动的条件下， 通过单次测量直接得到待测光的准确波长值， 无需 进行提前定标或傅里叶变换； 在测量的过程中， 激光 发射模块通过光纤将两个激光器相连， 同时发出一束标准波长的激光和一束波长待测的激光； 两种光同时经过干涉系统各自干 涉， 设标准光的波长为λ0， 初始光强为I ′0， 待测光的波长和初始光强分别为λ1和I′1， 两束光 干涉后， 各自的干涉光强I0和I1分别表示 为 其中， d0为动镜对应光 路与定镜对应光路的初始光程差， v为动镜的移动速度， 叠加后的 干涉光强被光电探测器接收； 当动镜移动 一段距离时， 若动镜不是严格的匀速移动， I0和I1 均为有直流偏置且周期不稳定的余弦波， 两个余弦波叠加 合成非标准拍， 表现为周期波形 的频率随速度v不规则变化， 导致时域非标准拍信号的紧密程度不规则变化， 但每个振幅调 制包络与被调制周期波形 的周期比与速度均匀与否无关， 仅与两束光的波长比有关， 通过 测量非标准拍信号的振幅调制包络与被调制波形的周期比α， 确定待测激光的波长， 即 利用上述公式， 通过采集到的数据， 可以由标准光的已知波长值实时确定待测光的波 长值。 。 3.根据权利要求1所述的一种免标定抗振动的吸收光谱测量方法与系统， 其特征在于， 可同时获得待测光的波长和 光强的准确 值， 进而求出对应的吸收光谱； 由激光发射模块发 出的两束激光经过干涉系统后， 两束激光的干涉光强发生叠加并被光电探测器接 收； 利用 叠加合成的非标准拍信号， 在计算得到待测光的波长的同时， 可以通过计算非标准拍信号 波形的波峰与波谷的平均幅值来得到待测光的光 强值； 当加入的待测光为波长随时间变化 的扫频光时， 使用上述方法， 选取非标准拍信号的连续的包络， 计算对应时刻的波长及光 强权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114993941 A 2值， 通过光 强值的归一化与光谱吸收率的计算， 得到对应时刻的吸收率， 将其与之前计算出 的波长一 一对应， 分别作为纵、 横坐标， 得到光路上待测气体的完整吸 收光谱。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114993941 A 3