通過編碼發送的遠程吸收光譜法制造技術

遠程吸收光譜法使用經過考察的介質指向一個或者多個遠程接收器的編碼電磁發送。編碼發送包括與感興趣的吸收帶一致的至少一個波長和線外帶中的一個波長，并且控制在吸收帶中和以外的光譜分量之間的預定關系。可以在接收器處評估光譜分量之間的關系以確定該關系與在發送器處的受控關系的偏離是否存在于接收器處。處理接收的光學信號與指定關系的偏離以指示吸收帶中的輻射吸收。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及遠程吸收光譜法。
技術介紹
用于分析諸如C02、CH4、02等氣體的常規活性源吸收光譜法系統實施并置的發送器和接收器組件，并且這樣需要短路徑長度或者反射以向源位置返回發送的信號。經過長距離，從鏡或者地面反射發送的信號以實現信號向搭配的接收器的返回。從這些系統中的懸浮成分或者粒子的散射返回引起來自反向散射輻射的附加誤差。這一誤差有效減少測量的吸收，因為反向散射返回僅完成經過被分析介質的部分路徑。此外，如果所用反射體擴散，則產生系統中的大范圍平方損耗從而阻止整個系統的長范圍實施。鑒于這些和其它技術的缺點，已經感覺需要一種用于測量介質或者大氣中的組份，從而忽略部分路徑散射返回并且在僅存在用于反射發送的輻射的擴散目標時減少發送功率損耗的技術。
技術實現思路
這里描述一種可應用于使用空間隔離和任意定位的發送器和接收器子系統的遠程吸收光譜法的技術。可以生成多光譜電磁輻射以具有與介質的吸收帶和線外帶二者一致的光譜內容。可以比如通過代碼集在發送之前修改輻射以限定在吸收帶中的至少一個光譜分量與線外帶中的至少一個光譜分量之間的關系。這一關系被控制成在時間上恒定并且在接收器處已知。接收器通過經過介質的視線傳播接受發送的輻射并且分析所接收的輻射的光譜內容。所接收的輻射的光譜內容從發送器限定的關系的偏離可以可歸因于介質對吸收帶內的光譜分量的吸收。本專利技術構思的上述和更多其它特征以及優點將在考慮本專利技術具體實施例的以下限定、描述和描述圖時變得清楚。盡管這些描述討論專利技術構思的某些實施例的具體細節，但是將理解變化可以并且確實存在而且在本領域技術人員閱讀本公開內容之后將是顯然的。附圖說明圖1A-1C圖示了用于體現本專利技術總的專利技術構思的遠程吸收光譜法的各種系統配置；圖2是體現本專利技術總的專利技術構思的示例遠程吸收光譜儀(RAS)的高級示圖；圖3A是體現本專利技術總的專利技術構思的示例光學RAS發送器的示意框圖；圖3B是體現本專利技術總的專利技術構思的示例光學RAS接收器的示意框圖；圖4是體現本專利技術總的專利技術構思的發送過程的流程圖；以及圖5是體現本專利技術總的專利技術構思的示例分析過程的流程圖。具體實施方式通過本專利技術構思的某些實施例來最好地描述本專利技術構思，這里參照附圖詳細地描述這些實施例，附圖中相似標號全篇指代相似特征。將理解措詞“專利技術”在這里使用時旨在于表明下文描述的實施例的基本專利技術構思而并非僅為實施例本身。還將理解總的專利技術構思不限于下文描述的示例實施例并且應當據此解讀下文描述。此外，這里可以包含數學表達，并且由此傳達的那些原理將視為隨之透徹地加以描述。將理解當使用數學時，這樣是為了簡潔描述解釋的基本原理，并且除非另有表達，則未暗示或者不應推斷其它目的。根據本公開內容整體將清楚這里的數學屬于本專利技術，并且當旨在于數學表達的基本原理的實施例時，本領域普通技術人員將認識用于實現數學表達的原理的物理表現的諸多技術。在圖1A中，圖示了可以體現本專利技術的示例遠程吸收光譜儀(RAS) 100。發送器110和接收器130相隔距離D，并且在發送器110與接收器130之間的體積由待分析的介質120占據。為此，發送器110經過介質120向接收器130發送多光譜電磁束125，該接收器接受和分析如利用介質120的性質所變換的電磁束125。選擇束125的至少一個光譜帶以對應于待測量的介質120的組份的吸收帶。可以選擇束125的其它光譜帶以與其它吸收帶一致，并且還可以使用其它光譜帶作為參考信號。發送器110可以限定和控制在束125的某些光譜成分之間的關系并且向接收器130提供這樣的關系的知識。如這里所用，術語光譜成分指代電磁輻射的組成光譜元素，并且術語光譜內容指代輻射在其預定范圍內的光譜構成。因此，光譜成分分布于輻射的光譜以包括其光譜內容。接收器130可以分析束125的接收的光譜分量并且根據發送的光譜的知識解析介質120的吸收性質。接收器130可以進行某些校正以補償系統配置和這樣的配置所引起的依賴于路徑的變量。RAS100可以部署于基本上無邊界的介質120如大氣中，并且如圖1A中所示，可以經過視線傳播從發送器Iio向接收器130發送125。如這里所用，術語視線傳播指代在從發送器110到接收器130的方向上電磁輻射的傳播以便排除檢測和處理比如通過圖1A中所示散射122朝著發送器110傳播的電磁輻射。在這一定義之下，只要從穿越發送的束排除這樣的反射，視線傳播就不排除使用反射器。發送器110和接收器130可以任意地可定位，從而可以在部署基礎上變化經過介質120的路徑長度D。在發送器110與接收器130之間的距離D可能受系統配置如發送器功率和接收器靈敏度限制，但是如本領域普通技術人員在閱讀本公開內容時將理解的那樣，可以針對范圍從數米到數百公里的距離實現本專利技術。在圖1B中，一個替代實施例允許發送器110經過介質122發送束127，其中這樣的束有足夠的寬度以在多個接收器132、134處經過視線傳播被同時接收。電磁束127可以光譜上類似于參照圖1A描述的電磁束、但是具有在發送器110處通過適當波束形成技術建立的更寬束寬。在圖1C中所示又一實施方式中，發送器110可以比如由飛行器或者由衛星經過軌跡140運送，并且可以在發送器110沿著軌跡140移動時在分布式接收器136-138處通過經過介質124的視線傳播接收代表性地圖示為束128、128’和128”的電磁束。當比如在圖1B和圖1C的配置中使用多個接收器時，可以用如下方式聚合在每個接收器處執行的吸收分析，該方式提供擴展的空間區域的吸收概況。在圖2中所示示例實施例中，RAS200包括用于發送表示為發送束240’的電磁束240的發送器210和用于接收表示為接收束240”的束240并且據此確定束240穿過的介質的吸收性質的接收器260。經過輻射生成器212實施示例發送器212，該輻射生成器可以包括諸如激光器、二極管、磁控管、真空管等輻射源和諸如聚焦光學器件、調制器、濾波器、電平監視器等輻射處理系統。發送器210還可以包括波束形成系統220，經過該波束形成系統形成并且向研究的介質遞送發送束240’。波束形成系統220可以包括適合于RAS200的操作電磁帶的波束形成部件，這些部件包括但不限于折射元件(比如透鏡)、反射元件(比如鏡)、輻射器(比如天線)、頻率選擇元件(比如濾波器)和可以用來以所需束圖案發送束240的其它元件。示例發送器210包括控制器218，經過該控制器建立和控制發送束240，的光譜內容。束240例如包括這里稱為分量242的光譜分量CaU abs)和這里稱為分量244的光譜分量Cb ( λ EEF)，其中Ca (.)和Cb (.)分別是對具有波長λ ABS和λ EEF的電磁輻射的調制編碼函數。將理解符號CxUx)攜帶有包含輻射源(如激光器)生成的光譜分量通過對λ χ應用編碼函數(；(.)(比如通過調制)而生成的光譜分量的電磁光譜的暗示。作為參考，可以選擇波長λΑΚ以與研究的介質的化學組份的吸收帶一致，并且可以選擇λΚΕΡ以落在線外帶中。如這里所用，線外帶是束240的電磁光譜中的排除Xabs的帶。在某些實施例中，選擇λΚΕΡ以落在其中吸收比在λΑΚ處更少的光譜區域。編碼函數CA(.)和CB(.)可以被選擇成在接收器260處區分光譜分量242、24本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種裝置，包括：生成器，用于生成具有與介質的吸收帶和與其線外帶一致的光譜內容的多光譜電磁輻射；發送器，用于修改所述生成的光譜內容以限定在所述吸收帶以內的其至少一個光譜分量與在所述線外帶中的其至少一個光譜分量之間的關系并且經過所述介質發送所述修改的輻射；以及至少一個接收器，其在空間上與所述發送器隔離并且相對于所述發送器任意可定位，以通過經過所述介質的視線傳播來接受所發送的輻射，所述接收器評估所接收輻射的所述光譜內容以獲得其與由所述發送器限定的所述關系的偏離，并且據此確定所述介質對所述吸收帶內的所述光譜分量的吸收。

【技術特征摘要】
2011.10.31 US 13/285,2921.一種裝置，包括: 生成器，用于生成具有與介質的吸收帶和與其線外帶一致的光譜內容的多光譜電磁輻射； 發送器，用于修改所述生成的光譜內容以限定在所述吸收帶以內的其至少一個光譜分量與在所述線外帶中的其至少一個光譜分量之間的關系并且經過所述介質發送所述修改的輻射；以及 至少一個接收器，其在空間上與所述發送器隔離并且相對于所述發送器任意可定位，以通過經過所述介質的視線傳播來接受所發送的輻射，所述接收器評估所接收輻射的所述光譜內容以獲得其與由所述發送器限定的所述關系的偏離，并且據此確定所述介質對所述吸收帶內的所述光譜分量的吸收。2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述發送器包括: 輻射信道，用于所述吸收帶中的每個光譜分量和用于所述線外帶中的每個光譜分量，每個輻射信道修改對應的光譜分量，從而維持其之間的關系。3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述發送器包括: 每個輻射信道中的調制器，用于根據向其提供的相應控制信號通過相應調制代碼調制所述對應的光譜分量； 檢測器，用于 根據其上入射的所調制的輻射生成電信號，所述輻射至少來自所述吸收帶中的所述光譜分量的所述輻射信道和所述線外帶中的所述光譜分量的所述輻射信道；以及 控制器，用于響應于所述檢測器信號生成所述控制信號以便維持所述吸收帶中的所述光譜分量與所述線外帶中的所述光譜分量之間的所述關系。4.根據權利要求3所述的裝置，其中所述控制器包括用于生成用于相應輻射信道的調制代碼并且在所述控制信號中提供所述代碼的指示的編碼器，所述編碼器修改所述代碼的參數以便維持所述吸收帶中的所述光譜分量與所述線外帶中的所述光譜分量之間的所述關系。5.根據權利要求4所述的裝置，其中所述代碼在所述接收器處識別所述發送器的相應輻射信道。6.根據權利要求4所述的裝置，其中所述代碼是幅度調制代碼，并且其所述參數是信號幅度。7.根據權利要求4所述的裝置，其中所述控制器包括鑒別器，所述鑒別器用于響應于來自所述檢測器的所述信號生成電信號，從而所述鑒別器的信號代表所述吸收帶中的所述調制的光譜分量中的和所述線外帶中的所述調制的光譜分量中的發送能量。8.根據權利要求7所述的裝置，其中所述鑒別器包括用于每個輻射信道的相關器，所述相關器響應于所述檢測器信號被調諧至向對應輻射信道分配的所述代碼以提供所述鑒別器信號中的對應鑒別器信號。9.根據權利要求3所述的裝置，其中所述接收器包括: 檢測器，用于根據其上入射的所述調制的輻射來生成接收器信號；以及分析器，用于響應于所述檢測器信號生成所述控制信號以便維持所述吸收帶中的所述光譜分量與所述線外帶中的所述光譜分量之間的所述關系。10.根據權利要求9所述的裝置，其中所述分析器包...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·G·布勞恩，J·T·多布勒，
申請(專利權)人：安立世公司，
類型：發明
國別省市：