[發(fā)明專利]一種用于光聲檢測的干涉條紋相位提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910305054.1
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110108643B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 郗洪柱;周建發(fā);王偉魁
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01J9/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

本發(fā)明公開了一種用于光聲檢測的干涉條紋相位提取方法，首先利用極值—中心取點法確定單幅干涉條紋中需要提取輻照度的五個位置點；然后設置線陣圖像傳感器的驅動頻率和積分時間；利用高速模數(shù)轉換器獲取一幅干涉條紋圖并進行中值濾波；提取五個位置點的輻照度并計算干涉條紋相位值；計算前后相鄰干涉條紋相位差；對相位差做累加并對累加和結果做低通濾波；連續(xù)獲取多幅干涉條紋圖，依次重復上述過程即可得到反應光聲變化情況的連續(xù)相位曲線。該方法可自動實現(xiàn)干涉條紋的相位提取，減輕噪聲和隨機誤差的影響，并且算法實時性好，資源開銷低。

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于光聲檢測的干涉條紋相位提取方法，適用于光聲光譜痕量氣體檢測，也可用于其他應用干涉儀且需要提取干涉條紋相位的場合，屬于光學檢測領域。

背景技術

光學干涉檢測以光學干涉原理為基礎，是光學檢測中精度和靈敏度較高的檢測方法。其原理是利用相互干涉的兩束光在感光器件上產生干涉條紋，當測量光束相對于參考光束發(fā)生變化時，感光器件上就會產生左右移動的干涉條紋。通過高速高精度采集裝置獲取變化的干涉條紋圖，經過理論計算，提取干涉條紋相位變化，即可得到測量光束的位移量。在光聲檢測中，按照一定調制規(guī)律驅動激光器，并控制其在一定波長范圍內掃描，這樣就能得到該波長范圍內每個掃描波長處的干涉條紋相對位移量，對該位移量做處理，與標準譜庫對比，就能得到待測氣體中含有的氣體種類及濃度信息。由此可見，干涉條紋相位提取方法是光學檢測中最基礎和重要的部分。

目前已有的干涉條紋相位提取算法可根據(jù)提取相位所需干涉條紋圖幅數(shù)，大致分為單幅和多幅干涉條紋相位提取算法。單幅干涉條紋相位提取算法是指僅需要一幅干涉條紋圖即可提取相位信息，適用于動態(tài)和對實時性要求較高的測量上，包括同步法、鎖相法、傅里葉變換法、正則化相位跟蹤法和基于遺傳算法的相位分析方法等，同步法通常需要有載波生成器、移相模塊、兩路乘法器和兩路低通濾波器等模塊；鎖相法需要乘法器、低通濾波器和壓控振蕩器等模塊；傅里葉變換法、正則化相位跟蹤法和基于遺傳算法的相位分析方法等都更適于在計算機上實現(xiàn)；總之該類算法在可編程邏輯器件上實現(xiàn)時硬件和邏輯資源開銷大，性價比低；多幅干涉條紋相位提取算法是指提取相位信息需要多幅干涉條紋圖，適用于靜態(tài)和對實時性要求不高的測量上，主要包括相移法等。

由于光聲光譜痕量氣體檢測要求檢測連續(xù)，實時性高；考慮成本，對器件資源敏感。已有的干涉條紋相位提取算法均存在不足，無法高效的應用到光聲檢測中。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術不足，提供一種用于光聲檢測的干涉條紋相位提取方法，適用于實時性要求高、對資源敏感的場合，能夠自動實現(xiàn)相位檢測，避免人為相移誤差。

本發(fā)明的技術解決方案為：

一種用于光聲檢測的干涉條紋相位提取方法，包括如下步驟：

(1)利用極值—中心取點法確定單幅干涉條紋中需要提取輻照度的五個位置點；

(2)設置線陣圖像傳感器的驅動頻率、積分時間；

(3)利用高速模數(shù)轉換器采集線陣圖像傳感器的輸出模擬信號，所述線陣圖像傳感器的輸出模擬信號為單幅干涉條紋的所有像素點模擬量，高速模數(shù)轉換器對采集的模擬信號進行模數(shù)轉換后，得到包含一幅干涉條紋各個像素點處輻照度的數(shù)組，即一幅數(shù)字化的干涉條紋；

(4)從干涉條紋中提取步驟(1)確定的五個位置點處的輻照度，據(jù)此計算干涉條紋的相位值；

(5)繼續(xù)獲取下一幅干涉條紋；

(6)重復步驟(4)，得到新獲取的干涉條紋的相位值；

(7)判斷步驟(6)得到的本次干涉條紋相位值與上次干涉條紋相位值的大小，若本次比上次大π，則將本次結果減去2π后作為本次干涉條紋相位值的最新結果；若本次比上次小π，則將本次結果加上2π后作為本次干涉條紋相位值最新結果，將本次干涉條紋與上次干涉條紋的相位差保存；