通过编码发送的远程吸收光谱法制造技术

远程吸收光谱法使用经过考察的介质指向一个或者多个远程接收器的编码电磁发送。编码发送包括与感兴趣的吸收带一致的至少一个波长和线外带中的一个波长，并且控制在吸收带中和以外的光谱分量之间的预定关系。可以在接收器处评估光谱分量之间的关系以确定该关系与在发送器处的受控关系的偏离是否存在于接收器处。处理接收的光学信号与指定关系的偏离以指示吸收带中的辐射吸收。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及远程吸收光谱法。
技术介绍
用于分析诸如C02、CH4、02等气体的常规活性源吸收光谱法系统实施并置的发送器和接收器组件，并且这样需要短路径长度或者反射以向源位置返回发送的信号。经过长距离，从镜或者地面反射发送的信号以实现信号向搭配的接收器的返回。从这些系统中的悬浮成分或者粒子的散射返回引起来自反向散射辐射的附加误差。这一误差有效减少测量的吸收，因为反向散射返回仅完成经过被分析介质的部分路径。此外，如果所用反射体扩散，则产生系统中的大范围平方损耗从而阻止整个系统的长范围实施。鉴于这些和其它技术的缺点，已经感觉需要一种用于测量介质或者大气中的组份，从而忽略部分路径散射返回并且在仅存在用于反射发送的辐射的扩散目标时减少发送功率损耗的技术。
技术实现思路
这里描述一种可应用于使用空间隔离和任意定位的发送器和接收器子系统的远程吸收光谱法的技术。可以生成多光谱电磁辐射以具有与介质的吸收带和线外带二者一致的光谱内容。可以比如通过代码集在发送之前修改辐射以限定在吸收带中的至少一个光谱分量与线外带中的至少一个光谱分量之间的关系。这一关系被控制成在时间上恒定并且在接收器处已知。接收器通过经过介质的视线传播接受发送的辐射并且分析所接收的辐射的光谱内容。所接收的辐射的光谱内容从发送器限定的关系的偏离可以可归因于介质对吸收带内的光谱分量的吸收。本专利技术构思的上述和更多其它特征以及优点将在考虑本专利技术具体实施例的以下限定、描述和描述图时变得清楚。尽管这些描述讨论专利技术构思的某些实施例的具体细节，但是将理解变化可以并且确实存在而且在本领域技术人员阅读本公开内容之后将是显然的。附图说明图1A-1C图示了用于体现本专利技术总的专利技术构思的远程吸收光谱法的各种系统配置；图2是体现本专利技术总的专利技术构思的示例远程吸收光谱仪(RAS)的高级示图；图3A是体现本专利技术总的专利技术构思的示例光学RAS发送器的示意框图；图3B是体现本专利技术总的专利技术构思的示例光学RAS接收器的示意框图；图4是体现本专利技术总的专利技术构思的发送过程的流程图；以及图5是体现本专利技术总的专利技术构思的示例分析过程的流程图。具体实施方式通过本专利技术构思的某些实施例来最好地描述本专利技术构思，这里参照附图详细地描述这些实施例，附图中相似标号全篇指代相似特征。将理解措词“专利技术”在这里使用时旨在于表明下文描述的实施例的基本专利技术构思而并非仅为实施例本身。还将理解总的专利技术构思不限于下文描述的示例实施例并且应当据此解读下文描述。此外，这里可以包含数学表达，并且由此传达的那些原理将视为随之透彻地加以描述。将理解当使用数学时，这样是为了简洁描述解释的基本原理，并且除非另有表达，则未暗示或者不应推断其它目的。根据本公开内容整体将清楚这里的数学属于本专利技术，并且当旨在于数学表达的基本原理的实施例时，本领域普通技术人员将认识用于实现数学表达的原理的物理表现的诸多技术。在图1A中，图示了可以体现本专利技术的示例远程吸收光谱仪(RAS) 100。发送器110和接收器130相隔距离D，并且在发送器110与接收器130之间的体积由待分析的介质120占据。为此，发送器110经过介质120向接收器130发送多光谱电磁束125，该接收器接受和分析如利用介质120的性质所变换的电磁束125。选择束125的至少一个光谱带以对应于待测量的介质120的组份的吸收带。可以选择束125的其它光谱带以与其它吸收带一致，并且还可以使用其它光谱带作为参考信号。发送器110可以限定和控制在束125的某些光谱成分之间的关系并且向接收器130提供这样的关系的知识。如这里所用，术语光谱成分指代电磁辐射的组成光谱元素，并且术语光谱内容指代辐射在其预定范围内的光谱构成。因此，光谱成分分布于辐射的光谱以包括其光谱内容。接收器130可以分析束125的接收的光谱分量并且根据发送的光谱的知识解析介质120的吸收性质。接收器130可以进行某些校正以补偿系统配置和这样的配置所引起的依赖于路径的变量。RAS100可以部署于基本上无边界的介质120如大气中，并且如图1A中所示，可以经过视线传播从发送器Iio向接收器130发送125。如这里所用，术语视线传播指代在从发送器110到接收器130的方向上电磁辐射的传播以便排除检测和处理比如通过图1A中所示散射122朝着发送器110传播的电磁辐射。在这一定义之下，只要从穿越发送的束排除这样的反射，视线传播就不排除使用反射器。发送器110和接收器130可以任意地可定位，从而可以在部署基础上变化经过介质120的路径长度D。在发送器110与接收器130之间的距离D可能受系统配置如发送器功率和接收器灵敏度限制，但是如本领域普通技术人员在阅读本公开内容时将理解的那样，可以针对范围从数米到数百公里的距离实现本专利技术。在图1B中，一个替代实施例允许发送器110经过介质122发送束127，其中这样的束有足够的宽度以在多个接收器132、134处经过视线传播被同时接收。电磁束127可以光谱上类似于参照图1A描述的电磁束、但是具有在发送器110处通过适当波束形成技术建立的更宽束宽。在图1C中所示又一实施方式中，发送器110可以比如由飞行器或者由卫星经过轨迹140运送，并且可以在发送器110沿着轨迹140移动时在分布式接收器136-138处通过经过介质124的视线传播接收代表性地图示为束128、128’和128”的电磁束。当比如在图1B和图1C的配置中使用多个接收器时，可以用如下方式聚合在每个接收器处执行的吸收分析，该方式提供扩展的空间区域的吸收概况。在图2中所示示例实施例中，RAS200包括用于发送表示为发送束240’的电磁束240的发送器210和用于接收表示为接收束240”的束240并且据此确定束240穿过的介质的吸收性质的接收器260。经过辐射生成器212实施示例发送器212，该辐射生成器可以包括诸如激光器、二极管、磁控管、真空管等辐射源和诸如聚焦光学器件、调制器、滤波器、电平监视器等辐射处理系统。发送器210还可以包括波束形成系统220，经过该波束形成系统形成并且向研究的介质递送发送束240’。波束形成系统220可以包括适合于RAS200的操作电磁带的波束形成部件，这些部件包括但不限于折射元件(比如透镜)、反射元件(比如镜)、辐射器(比如天线)、频率选择元件(比如滤波器)和可以用来以所需束图案发送束240的其它元件。示例发送器210包括控制器218，经过该控制器建立和控制发送束240，的光谱内容。束240例如包括这里称为分量242的光谱分量CaU abs)和这里称为分量244的光谱分量Cb ( λ EEF)，其中Ca (.)和Cb (.)分别是对具有波长λ ABS和λ EEF的电磁辐射的调制编码函数。将理解符号CxUx)携带有包含辐射源(如激光器)生成的光谱分量通过对λ χ应用编码函数(；(.)(比如通过调制)而生成的光谱分量的电磁光谱的暗示。作为参考，可以选择波长λΑΚ以与研究的介质的化学组份的吸收带一致，并且可以选择λΚΕΡ以落在线外带中。如这里所用，线外带是束240的电磁光谱中的排除Xabs的带。在某些实施例中，选择λΚΕΡ以落在其中吸收比在λΑΚ处更少的光谱区域。编码函数CA(.)和CB(.)可以被选择成在接收器260处区分光谱分量242、24本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：生成器，用于生成具有与介质的吸收带和与其线外带一致的光谱内容的多光谱电磁辐射；发送器，用于修改所述生成的光谱内容以限定在所述吸收带以内的其至少一个光谱分量与在所述线外带中的其至少一个光谱分量之间的关系并且经过所述介质发送所述修改的辐射；以及至少一个接收器，其在空间上与所述发送器隔离并且相对于所述发送器任意可定位，以通过经过所述介质的视线传播来接受所发送的辐射，所述接收器评估所接收辐射的所述光谱内容以获得其与由所述发送器限定的所述关系的偏离，并且据此确定所述介质对所述吸收带内的所述光谱分量的吸收。

【技术特征摘要】
2011.10.31 US 13/285,2921.一种装置，包括: 生成器，用于生成具有与介质的吸收带和与其线外带一致的光谱内容的多光谱电磁辐射； 发送器，用于修改所述生成的光谱内容以限定在所述吸收带以内的其至少一个光谱分量与在所述线外带中的其至少一个光谱分量之间的关系并且经过所述介质发送所述修改的辐射；以及 至少一个接收器，其在空间上与所述发送器隔离并且相对于所述发送器任意可定位，以通过经过所述介质的视线传播来接受所发送的辐射，所述接收器评估所接收辐射的所述光谱内容以获得其与由所述发送器限定的所述关系的偏离，并且据此确定所述介质对所述吸收带内的所述光谱分量的吸收。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述发送器包括: 辐射信道，用于所述吸收带中的每个光谱分量和用于所述线外带中的每个光谱分量，每个辐射信道修改对应的光谱分量，从而维持其之间的关系。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述发送器包括: 每个辐射信道中的调制器，用于根据向其提供的相应控制信号通过相应调制代码调制所述对应的光谱分量； 检测器，用于 根据其上入射的所调制的辐射生成电信号，所述辐射至少来自所述吸收带中的所述光谱分量的所述辐射信道和所述线外带中的所述光谱分量的所述辐射信道；以及 控制器，用于响应于所述检测器信号生成所述控制信号以便维持所述吸收带中的所述光谱分量与所述线外带中的所述光谱分量之间的所述关系。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述控制器包括用于生成用于相应辐射信道的调制代码并且在所述控制信号中提供所述代码的指示的编码器，所述编码器修改所述代码的参数以便维持所述吸收带中的所述光谱分量与所述线外带中的所述光谱分量之间的所述关系。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述代码在所述接收器处识别所述发送器的相应辐射信道。6.根据权利要求4所述的装置，其中所述代码是幅度调制代码，并且其所述参数是信号幅度。7.根据权利要求4所述的装置，其中所述控制器包括鉴别器，所述鉴别器用于响应于来自所述检测器的所述信号生成电信号，从而所述鉴别器的信号代表所述吸收带中的所述调制的光谱分量中的和所述线外带中的所述调制的光谱分量中的发送能量。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述鉴别器包括用于每个辐射信道的相关器，所述相关器响应于所述检测器信号被调谐至向对应辐射信道分配的所述代码以提供所述鉴别器信号中的对应鉴别器信号。9.根据权利要求3所述的装置，其中所述接收器包括: 检测器，用于根据其上入射的所述调制的辐射来生成接收器信号；以及分析器，用于响应于所述检测器信号生成所述控制信号以便维持所述吸收带中的所述光谱分量与所述线外带中的所述光谱分量之间的所述关系。10.根据权利要求9所述的装置，其中所述分析器包...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·G·布劳恩，J·T·多布勒，
申请(专利权)人：安立世公司，
类型：发明
国别省市：