[发明专利]一种应用于TDLAS线形拟合算法的激光器特性变化修正方法

说明书

本发明公开了一种应用于TDLAS线形拟合算法的激光器特性变化修正方法，本发明以2f或2f/1f的峰值位置、谷间距以及旁瓣比与半导体激光器调谐特性的关系作为修正依据，将机箱内环境温度变化或硬件老化导致的峰值偏移、FM/IM相位差变化以及波长调谐速率改变进行修正，获得更精确的离线波长模型，解决了工业环境下，长周期和冷热交替使用导致的TDLAS线形拟合算法计算气体浓度或温度时出现故障或偏差的问题，提高了系统的工业适应能力，降低了系统测量偏移。

技术领域

本发明涉及一种应用于TDLAS线形拟合算法的激光器特性变化修正方法。

背景技术

可调谐二极管激光吸收光谱法（TDLAS）是一种基于激光原理的新型光学传感器，它应用于各种环境下的气体浓度和温度非接触测量。它的高速反馈、实时监测的特性使其成为动态过程控制系统中最为重要的测量手段之一。

TDLAS常用DAS（直接吸收法）和WMS(波长调制法)来计算待测气体的温度或浓度。通常DAS使用参考池比值法或双谱线比值法，这两种方法在较低吸光度条件下，受到信噪比降低影响，测量精度都会有所下降，因此多会使用线形拟合的方式来提高测量精度。同样，WMS算法也常用锁相放大后的2f或2f/1f等谐波进行线形拟合来精确求解，如VOIGT线形拟合。

无论是WMS还是DAS，为保证线形拟合的精确性，需要实时标定激光器的输出波长特性，需要单独的采集通道测量一路参考光，并为该光路配置一个标准具。通过标准具的干涉条纹计算输出波长的变化。

为了简化系统，本领域内通常使用一种免标定（无标准具）的测量系统，该系统保证激光器输出稳定，假定波长输出特性不变，将线形拟合需要的波长当作离线的固定数值代入计算。

但是在测试环节，我们发现激光控制器虽然总能控温到设定数值，但是随着环境温度的变化或者长期使用激光器老化，激光器的壳体温度很难固定准确，这导致吸收谱线在一天昼夜温差下来回漂移，计算时峰值位置和2f/1f波形形态都有一定的变化，引起了较大的测量误差，特别是在工业应用时，时常无法提供稳定环境温度的条件下。

为此，需要一种修正方法，补偿免标定的线形拟合算法中出现的激光器调谐特性变化的问题，通过测量光2f/1f信号特征修正离线的波长模型。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种应用于TDLAS线形拟合算法的激光器特性变化修正方法。

本发明所采用的技术方案有：

一种应用于TDLAS线形拟合算法的激光器特性变化修正方法，包括

1）获得测量信号2f或2f/1f的谱线主峰的峰值位置、旁瓣比和谷间距，通过激光控制器调整激光器温度，根据激光器温度调谐速率，将测量信号谱线主峰调回到标定位置；

2）根据线形函数进行仿真，线形函数为： waveform=f(X，T，k，a₆，a₈)，其中a_{8 ，}a_{6 ，}k均是波长参数，X为待测浓度，T为温度；

通过线形函数拟合后获得步骤1）中测量信号的谱线主峰的峰值位置、旁瓣比和谷间距；

3）通过最小二乘法，使用线形函数拟合valley_distance=f(k)，将波长模型的补偿系数k带入迭代，计算所需a₈，a₆，X以及T的使用参比条件，求出谷间距valley_distance的实测值和拟合值最小残差时的最佳值；