(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 202210928270.3 (22)申请日 2022.08.03 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 （鞍山） 工业 技术研 究院 地址 114000 辽宁省鞍山市千山中路196号 (72)发明人 张启蕊　李钊　刘骏鹏　 (74)专利代理 机构 鞍山嘉讯科技专利事务所 (普通合伙) 21224 专利代理师 张群 (51)Int.Cl. G01S 17/08(2006.01) G01S 7/481(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于气体吸收谱线线型分析的测距装 置及方法 (57)摘要 本发明提供一种基于气体吸收谱线线型分 析的测距装置及方法， 装置包括激光器控制器、 激光器、 准直器、 透镜、 探测器、 放大器、 A/D采集 模块、 处理器、 压力传感器和温度传感器。 透镜中 心设有小孔， 准直器位于透镜中心小孔处； 激光 器发出的激光经过透镜中心的准直器后照射到 被测区域内， 到达测量位置后进行反射， 反射的 光通过透镜汇聚至探测器并传送至处理器， 处理 器同时还接收压力和温度参数对采集到的测量 光信号的吸收谱线进行HTP线型拟合并直接从谱 线形状中提取光谱参数， 包括洛伦兹展宽和谱线 吸收面积， 进而利用公式计算出到被测位置的距 离。 解决现有技术测距方法中需要预设参考气 室， 设计两路光路， 设备复杂， 信号处理繁琐的技 术问题。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115327558 A 2022.11.11 CN 115327558 A 1.一种基于气体吸收谱线线型分析的测距装置， 其特征在于， 包括激光器控制器、 激光 器、 准直器、 透镜、 探测器、 放大器、 A/D采集模块、 处 理器、 压力传感器和温度传感器； 透镜中心设有小孔， 准直器位于透镜 中心小孔处； 激光器控制器与激光器连接， 激光器 控制器调谐激光的输出波长， 控制 激光器发出设定中心波长的激光， 经过透镜中心的准直 器后照射到被测区域内， 由准直器发出 的光信号到达测量位置后进行反射， 反射的光通过 透镜汇聚至探测器， 将光信号转换成包含光谱信息的电流信号， 经过放大器后转换为电压 信号， 再经过A/D采集模块将电压信号传送至处理器， 处理器同时还接收来自压力 传感器和 温度传感器的压力和温度参数， 计算出被测位置的距离 。 2.根据权利要求1所述的一种基于气体吸收谱线线型分析的测距装置， 其特征在于， 所 述的处理器为DSP处理器。 3.一种权利要求1所述的基于气体吸收谱线线型分析的测距装置的测距方法， 其特征 在于， 所述的方法为： 处理器对采集到的测量光信号的吸收谱线进 行HTP线型拟合并直接从 谱线形状中提取光谱参数， 包括洛伦兹展宽和谱线吸 收面积， 进 而算出到被测位置的距离 。 4.根据权利要求3所述的基于气体吸收谱线线型分析的测距装置的测距方法， 其特征 在于， 所述的方法包括如下步骤： 步骤一、 采集经放大器转换的 电压信号作为探测信号， 探测信号的形状包含测量气体 吸收光谱信息； 步骤二、 在处理器 中利用HTP的方法对探测信号进行拟合， 并精确提取洛伦兹展宽和谱 线吸收面积； 步骤三、 根据线型函数的导出公式计算被测范围内的气体浓度： 其中， ΔνLorentz为洛伦兹展宽， 是处理器对采集到的测量光信 号的吸收谱线进行HTP线 型拟合计算得到； 光谱参数γair、 γself、 nair可通过参考光谱数据库获得， γair是空气展宽 半宽度， γself是自展宽半宽度， nair空气展宽半宽度的温度依赖指数， P为压强， 由压力传感 器获得； T为温度， 由温度传感器获得； T0＝296K； 步骤四、 根据朗伯比尔定律的导出公式计算被测范围的有效光 程长： 其中， P为压强， 由压力传感器获得； Xi为气体浓度， 由上一步计算获得； S(T)为气体光谱 谱线的线强度， 可通过参考光谱数据库获得； A 为积分吸光度， 即谱线吸收面积， 可以通过 处 理器利用HTP线型拟合的方法计算得到； 步骤五、 被测距离的计算 由于被测距离足够远， 准直器和探测器之间的距离可以忽略不计， 可近似理解为被测 距离即有效光 程长的一半， 即被测距离 L0为有效光 程。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115327558 A 2一种基于气体吸收谱 线线型分析的测距装 置及方法 技术领域 [0001]本发明涉及激光探测技术领域， 特别涉及 一种基于气体吸收谱线线型分析的测距 装置及方法。 背景技术 [0002]谱线线型分析是一种很有前途的方法， 因为谱线线型包含了丰富的吸收气体的信 息， 如洛伦兹展宽和谱线吸收面积。 再根据通过传感器提取出环境温度与压强， 通过这些信 息可以准确的得到气体浓度和有效光 程长等数据。 [0003]现有的测距技术通常是将参考光信号和测量光信号混频后获得拍频信号， 再对拍 频信号进行信号频率的提取。 这种 方式需要预设参考气室， 设计两路光路， 设备复杂， 信号 处理繁琐。 本发明能够实现在包含特定气 体的环境下进行准确的距离检测， 系统结构简单， 且只需要分析出测量光信号的线型本身的信息即可得到被测距离， 数据处理更加快速高 效。 发明内容 [0004]为了解决背景技术提出的技术问题， 本发明提供一种基于气体吸收谱线线型分析 的测距装置及方法， 解决现有激光测距系统存在的问题。 [0005]为了达到上述目的， 本发明采用以下技 术方案实现： [0006]一种基于气体吸收谱线线型分析的测距装置， 包括激光器控制器、 激光器、 准直 器、 透镜、 探测器、 放大器、 A/D采集模块、 处 理器、 压力传感器和温度传感器。 [0007]透镜中心设有小孔， 准直器位于透镜中心小孔处； 激光器控制器与激光器连接， 激 光器控制 器调谐激光的输出波长， 控制 激光器发出设定中心波长的激光， 经过透镜中心的 准直器后照射到被测区域内， 由准直器发出 的光信号到达测量位置后进行反射， 反射的光 通过透镜汇 聚至探测器， 将光信号转换成包含光谱信息的电流信号， 经过放大器后转换为 电压信号， 再经过A/D采集模块将电压信号传送至处理器， 处理器同时还接收来自压力 传感 器和温度传感器的压力和温度参数， 计算出被测位置的距离 。 [0008]进一步地， 所述的处 理器为DSP处理器。 [0009]一种基于气体吸收谱线线型分析的测距装置 的测距方法， 所述的方法为： 处理器 对采集到的测量光信号的吸收谱线进行HTP线型拟合并直接从谱线形状中提取光谱参数， 包括洛伦兹展宽和谱线吸 收面积， 进 而利用公式计算出到被测位置的距离 。 [0010]进一步地， 所述的方法包括如下步骤： [0011]步骤一、 采集经放大器转换的电压信号作为探测信号， 探测信号的形状包含测量 气体吸收光谱信息； [0012]步骤二、 在处理器中利用HTP的方法对探测信号进行拟合， 并精确提取洛伦兹展宽 和谱线吸 收面积； [0013]步骤三、 根据线型函数的导出公式计算被测范围内的气体浓度：说　明　书 1/4 页 3 CN 115327558 A 3