CN110907376B - 一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统及其工作方法，该气体检测系统包括扫频光源、2:2光纤耦合器、偏振控制器、光纤反射镜、特种光纤、1:2光纤耦合器、差分光电探测器、数据采集卡和计算机；扫频光源与2:2光纤耦合器的相连接，2:2光纤耦合器的输出端分别与偏振控制器和特种光纤相连接；偏振控制器的输出端与光纤反射镜相连接，特种光纤上设置有若干个气体微流道。该检测系统只需要一个光电探测器，对探测到的干涉光信号应用傅里叶变换，便可将不同位点的气体吸收信息区分开，达到分布式检测的目的，大大简化了分布式检测系统的复杂度，能够实现高空间分辨率的分布式气体检测。

Description

一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体 检测系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统及其工作方法，属于光纤气体检测技术领域。

背景技术

高灵敏度、高精度的痕量气体检测系统在环境监测、安全生产和工业过程监控等诸多领域有着广泛应用。目前，常用的气体检测方法主要有催化燃烧法、热导率法、电化学法、半导体气敏材料法和红外光谱法等，其中红外光谱法因其高灵敏度、高选择性、不易中毒、长期稳定性高等特点受到广泛关注，而可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)作为红外光谱法的一种，被普遍应用到痕量气体分析领域，再配合光纤传输光路，实现实时监控、快速响应和高灵敏度的同时又具有抗电磁干扰、耐腐蚀、信号传输速度快等有点，并且无需消耗待测样品。国内外诸多研究团队围绕TDLAS气体传感器做了大量工作，并不断有相关商业产品推出，但是大部分只针对单点测量。然而在实际工程应用中，除了对固定点位的测量需求之外，在天然气管道、煤矿井下坑道等场景下，需要对沿线进行分布式气体检测。近年来，光纤分布式传感技术因其高空间分辨率和长期稳定性等特点已应用到对温度、压力等物理量的分布式检测当中，但是在高空间分辨率的分布式气体检测方面，尚没有好的解决方案。

《煤炭学报》，2018年2月，第43卷第2期，371-376页，作者为郭清华、于庆、苟怡，名称为《基于激光自稳频技术的分布式多点甲烷检测系统研究》提出了一种多点位分布式甲烷检测系统，该系统采用1/8光分束器将激光光源分为8路，其中一路引入到密封有恒定甲烷气体的参考气室进行波长自动校准，剩余7路光信号用来实现准分布式检测，将系统检测误差由原来的±4％减小至±0.5％的同时，实现了对7个不同位置的同时测量。然而，这种准分布式系统实际上是将多个单点式检测模块集成到一起，每一个位置都要有单独的探测器模块，系统复杂成本高，工程上要想实现高空间分辨率的分布式检测难度大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统，该检测系统只需要一个光电探测器，对探测到的干涉光信号应用傅里叶变换，便可将不同位点的气体吸收信息区分开，达到分布式检测的目的，大大简化了分布式检测系统的复杂度。

本发明还提供了一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统的工作方法。

本发明的技术方案为：

一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统，包括扫频光源、 2:2光纤耦合器、偏振控制器、光纤反射镜、特种光纤、1:2光纤耦合器、差分光电探测器、数据采集卡和计算机；

所述扫频光源的光输出端与所述2:2光纤耦合器的输入端相连接，所述2:2光纤耦合器的输出端分别与偏振控制器的输入端和特种光纤的输入端相连接；所述偏振控制器的输出端与光纤反射镜相连接，所述特种光纤上设置有若干个气体微流道；

所述2:2光纤耦合器与1:2光纤耦合器的输入端连接，1:2光纤耦合器的两个输出端分别连接差分光电探测器的两个输入端，差分光电探测器的输出端与数据采集卡的模拟输入端相连接，数据采集卡的模拟输出端与扫频光源的扫频信号输入端连接，所述数据采集卡的数字信号端口通过数据线连接所述计算机实现交互通信；扫频光源、2:2光纤耦合器、偏振控制器、光纤反射镜、特种光纤、1:2光纤耦合器和差分光电探测器构成Michelson干涉仪结构。

所述计算机控制数据采集卡输出扫描信号控制扫频光源工作在波长扫描模式下，扫频光源输出的光经过2:2光纤耦合器分光后，一部分光输入到参考光路作为参考光，在参考光路中偏振控制器用来调节参考光的偏振态进而调节干涉信号，与另一路信号光的偏振态保持一致，从而获得最强的干涉信号；光纤反射镜将参考光反射回2:2光纤耦合器；另一部分光作为信号光进入特种光纤中，特种光纤上设置的若干个气体微流道，使得待测气体进入到特种光纤的空气纤芯与信号光发生作用，信号光的光强在待测气体的特征吸收谱线范围内发生衰减，信号光经光纤散射、气体微流道创面的作用反射形成的后向反射光返回2:2光纤耦合器，后向反射光携带了相应路径上的待测气体的吸收信息，每条路径对应形成一个后向反射光；之后，参考光和信号光在所述2：2光纤耦合器内发生干涉，干涉光信号传输到1:2光纤耦合器，经过1:2光纤耦合器分光后，之后被差分光电探测器探测，差分光电探测器探测的干涉光信号是经过数据采集卡传输到计算机中，在计算机中进行傅里叶变换，得到特种光纤内每一段的待测气体浓度，达到高空间分辨率分布式检测的目的。

本发明提供的气体检测系统只需要一个光电探测器，对探测到的干涉光信号应用傅里叶变换，便可将不同点位的气体吸收信息区分开，达到分布式检测的目的，大大简化了分布式检测系统的复杂度。

根据本发明优选的，所述气体微流道由特种光纤的表面贯穿到空气纤芯。

根据本发明优选的，所述特种光纤为空气芯光子晶体光纤或空气芯光子带隙光纤。

根据本发明优选的，所述2:2光纤耦合器的分光比为50:50；所述1:2光纤耦合器的分光比为50:50。

根据本发明优选的，所述扫频光源为高稳定性波长扫描激光器。波长扫描，扫描光谱范围为0.2nm，但不限于此，视具体应用场景而定，光功率随输出波长线性增加，到待测气体的特征吸收波长处时就会发生吸收衰减。

上述基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统的工作方法，包括步骤如下：

(1)所述数据采集卡输出扫描信号控制扫频光源工作在波长扫描模式；

(2)所述扫频光源输出的光经2:2光纤耦合器分光后，一部分光作为参考光进入参考光路，参考光路中设置有偏振控制器和光纤反射镜，光纤反射镜将参考光反射回2:2光纤耦合器内；另一部分光作为信号光进入特种光纤中设置的气体微流道与待测气体发生作用，信号光的光强在待测气体的特征吸收波长处发生衰减，信号光经光纤散射、气体微流道创面的作用产生后向反射光反射回2:2光纤耦合器内；

(3)步骤(2)处理后的参考光和带有待测气体吸收信息的信号光在2:2光纤耦合器内发生干涉，干涉光信号传输到1:2光纤耦合器，再经过1:2光纤耦合器的分光后，由差分光电探测器探测得到干涉信号S，如式(Ⅰ)所示：

公式(Ⅰ)中，i为特种光纤中信号光发生后向反射光反射的位点，I_r是参考光到达2:2 光纤耦合器的光强，I₀为进入特种光纤的信号光的光强，σ为特种光纤的本征衰减系数，L_i为特种光纤中距离特种光纤的入射端的距离，c_i为从特种光纤的入射端到距离L_i处的待测气体平均浓度，α是指气体微流道内待测气体的吸收系数；k是指光矢量，k＝2π/λ，λ是指波长；Δl_i是距离特种光纤入射端不同距离返回来的信号光分别与参考光之间的光程差；

(4)差分光电探测器探测到的干涉信号经过数据采集卡传输到计算机中，在计算机中对采集完的干涉信号S进行傅里叶变换，得到功率谱F，如式(Ⅱ)所示：

公式(II)中，F是对干涉信号S做傅里叶变换后的功率谱，

为傅里叶变换运算符，f₁,f₂,f₃,f₄……f_n代表功率谱中不同的频率峰信号；

在特种光纤中，距离入射端不同距离处返回的信号光与参考光存在不同的光程差，即Δl₁,Δl₂,Δl₃,Δl₄……Δl_n项不同，意味着公式(Ⅰ)所示的干涉信号中有很多正弦波频率成分，其频率分别与Δl₁,Δl₂,Δl₃,Δl₄……Δl_n相对应；

因此，对干涉信号S做傅里叶变换后的功率谱F中有若干频率峰信号f₁,f₂,f₃,f₄……f_n，通过傅里叶变换的方法从总的干涉信号中将特种光纤中不同距离处返回的吸收信息区分开来，达到分布式检测的目的。

在气体检测系统中，I_r,I₀两项只与扫频光源的输出功率有关，(1-σL_n)这一项只与特种光纤本身的传输特性有关，那么功率谱F中的第i个频率峰信号的幅值A_i就只跟待测气体的吸收强弱有关，待测气体浓度越高，吸收越强，相应的频率峰信号的幅值越低；

(5)通过每个频率峰信号幅值反演待测气体在相应路径L_i上的平均浓度的理论公式，表示为：

公式(III)中，A_i为功率谱的第i个频率峰信号对应的幅值；

特种光纤中L_i到L_i+1这一段待测气体浓度的反演公式表示为：

综上所述，实现高空间分辨率分布式气体检测。

本发明的有益效果为:

1.本发明提供的基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统只需要一个光电探测器，对探测到的干涉光信号应用傅里叶变换，便可将不同位点的气体吸收信息区分开，达到分布式检测的目的，大大简化了分布式检测系统的复杂度。

2.本发明通过搭建干涉光路代替传统的差分吸收光路，将气体吸收信息编码到干涉光信号中，将时域空间下的吸收幅值检测变换到频域空间下的吸收面积检测，能够降低吸收谱线线型变化对吸收幅值检测方法的干扰。

3.本发明提供的基于光学相干吸收光谱技术的分布式气体检测系统及方法能够实现高空间分辨率的分布式气体检测。

附图说明

图1是实施例1提供的一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统的结构示意图；

图2为基于光学相干吸收光谱的高空间分辨率分布式气体检测系统中差分光电探测器探测到的干涉信号；

图3为对差分光电探测器探测到的干涉信号进行傅里叶变换后的功率谱。

1、扫频光源，2、2:2光纤耦合器，3、1:2光纤耦合器，4、偏振控制器，5、光纤反射镜，6、特种光纤，7、气体微流道，8、差分光电探测器，9、数据采集卡，10、计算机，11、后向反射光。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统，如图1所示，包括扫频光源1、2:2光纤耦合器2、偏振控制器4、光纤反射镜5、特种光纤6、1:2光纤耦合器3、差分光电探测器8、数据采集卡9和计算机10；

扫频光源1的光输出端与2:2光纤耦合器2的输入端相连接，2:2光纤耦合器2的输出端分别与偏振控制器4的输入端和特种光纤6的输入端相连接；偏振控制器4的输出端与光纤反射镜5相连接，特种光纤6上设置有若干个气体微流道7；

2:2光纤耦合器2与1:2光纤耦合器3的输入端连接，1:2光纤耦合器3的两个输出端分别连接差分光电探测器8的两个输入端，差分光电探测器8的输出端与数据采集卡9的模拟输入端相连接，数据采集卡9的模拟输出端与扫频光源1的扫频信号输入端连接，数据采集卡9的数字信号端口通过数据线连接计算机10实现交互通信；扫频光源1、2:2光纤耦合器2、偏振控制器4、光纤反射镜5、特种光纤6、1:2光纤耦合器3和差分光电探测器8构成Michelson 干涉仪结构。

计算机10控制数据采集卡9输出扫描信号控制扫频光源1工作在波长扫描模式下，扫频光源1输出的光经过2:2光纤耦合器2分光后，一部分光输入到参考光路作为参考光，在参考光路中偏振控制器4用来调节参考光的偏振态进而调节干涉信号，与另一路信号光的偏振态保持一致，从而获得最强的干涉信号；光纤反射镜5将参考光反射回2:2光纤耦合器2；另一部分光作为信号光进入特种光纤6中，特种光纤6上加工有若干个由表面贯穿到空气纤芯的气体微流道7，使得待测气体进入到特种光纤6的空气纤芯与信号光发生作用，信号光的光强在待测气体的特征吸收谱线范围内发生衰减，携带了相应路径上的气体吸收信息；信号光经光纤散射、气体微流道7创面的作用反射形成的后向反射光11返回2:2光纤耦合器2，后向反射光11携带了相应路径上的待测气体的吸收信息，每条路径对应上形成一个后向反射光11；之后，参考光和信号光在2：2光纤耦合器2内发生干涉，干涉光信号经2:2光纤耦合器2的一个输出端口传输到1:2光纤耦合器3，经过1:2光纤耦合器3分光后，之后被差分光电探测器8探测，差分光电探测器8探测的干涉光信号是经过数据采集卡9传输到计算机10 中，在计算机10中进行傅里叶变换，得到特种光纤6内每一段的待测气体浓度，达到高空间分辨率分布式检测的目的。

本发明提供的气体检测系统只需要一个光电探测器，对探测到的干涉光信号应用傅里叶变换，便可将不同点位的气体吸收信息区分开，达到分布式检测的目的，大大简化了分布式检测系统的复杂度。

在本实施例中2:2光纤耦合器2为可逆传输器件，从一端输入，另一端输出，反之同理；扫频光源1输出的光由2:2光纤耦合器2的一个输入端输入到2:2光纤耦合器2中，经过2:2 光纤耦合器2分光到参考光路和特种光纤6中，在参考光路中经过光纤反射镜5反射回参考光路中沿原路返回到2:2光纤耦合器2中；在特种光纤6中的光经过光纤散射、气体微流道7 创面的作用反射回2:2光纤耦合器2；反射回的参考光和信号光分别由2:2光纤耦合器2的两个输出端反射回2：2光纤耦合器2中，在2：2光纤耦合器2内发生干涉，干涉光信号经2:2光纤耦合器2的一个输出端口传输到1:2光纤耦合器3。

气体微流道7由特种光纤6的表面贯穿到空气纤芯。

2：2光纤耦合器2的分光比为50:50；1：2光纤耦合器3的分光比为50:50。

扫频光源1为高稳定性波长扫描激光器。波长扫描，扫描光谱范围为0.2nm，但不仅限于0.2nm，视具体应用场景而定，光功率随输出波长线性增加，到待测气体的特征吸收波长处时就会发生吸收衰减。

实施例2

实施例1提供的一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统的工作方法，步骤如下：

(1)数据采集卡9输出扫描信号控制扫频光源1工作在波长扫描模式；

(2)扫频光源1输出的光经2:2光纤耦合器2分光后，一部分光作为参考光进入参考光路，参考光路中设置有偏振控制器4和光纤反射镜5，光纤反射镜5将参考光反射回2:2光纤耦合器2内；另一部分光作为信号光进入特种光纤6中设置的气体微流道7与待测气体发生作用，信号光的光强在待测气体的特征吸收波长处发生衰减，信号光经光纤散射、气体微流道7创面的作用形成后向反射光11反射回2:2光纤耦合器2内；

(3)步骤(2)处理后的参考光和带有待测气体吸收信息的信号光在2:2光纤耦合器2 内发生干涉，干涉光信号传输到1:2光纤耦合器3，再经过1:2光纤耦合器3分光后被差分光电探测器8探测得到干涉信号S，如式(Ⅰ)所示：

公式(Ⅰ)中，i为特种光纤6中信号光发生后向反射光反射的位点，I_r是参考光到达2： 2光纤耦合器2的光强，I_i是第i个特种光纤6中信号光发生后向反射光反射的位点处返回来的信号光到达2：2光纤耦合器2的光强，Δl_i是距离特种光纤6入射端不同距离返回来的信号光分别与参考光之间的光程差。

特种光纤6中不同距离返回来的信号光被空气纤芯内待测气体吸收，根据Beer-Lambert 定律，I_i可以表示为：

I_i＝I₀·exp(-2σL_i)·exp(-2αc_iL_i) (Ⅱ)

公式(Ⅱ)中，I₀为进入特种光纤6的入射光强，σ为特种光纤6的本征衰减系数，α是指气体微流道7内待测气体的吸收系数，L_i为特种光纤6中距离特种光纤6的入射端的距离，c_i为从特种光纤6的入射端到距离L_i处的待测气体平均浓度，联立公式(Ⅰ)和(Ⅱ)，差分光电探测器8探测到的干涉信号可重新写为：

公式(III)中，k是指光矢量，k＝2π/λ，λ是指波长；Δl_i是特种光纤6中不同距离返回来的信号光分别与参考光之间的光程差；

(4)差分光电探测器8探测到的干涉信号经过数据采集卡9传输到计算机10中，在计算机10中对采集完的对干涉信号S进行傅里叶变换，得到功率谱F，如式(IV)所示：

公式(IV)中，F是对干涉信号S做傅里叶变换后的功率谱，

为傅里叶变换运算符，f₁,f₂,f₃,f₄……f_n代表功率谱中不同的频率峰信号；

在特种光纤6中，距离入射端不同距离处返回的信号光与参考光存在不同的光程差，即Δl₁,Δl₂,Δl₃,Δl₄……Δl_n项不同，意味着公式(III)所示的干涉信号中有很多正弦波频率成分，其频率分别与Δl₁,Δl₂,Δl₃,Δl₄……Δl_n相对应；因此，对干涉信号S做傅里叶变换后的功率谱F中有若干频率峰信号f₁,f₂ ,f₃,f₄……f_n，通过傅里叶变换的方法从总的干涉信号中将特种光纤 6中不同距离处返回的吸收信息区分开来，达到分布式检测的目的。

在气体检测系统中，I_r,I₀两项只与扫频光源1的输出功率有关，(1-σL_n)这一项只与特种光纤6本身的传输特性有关，那么功率谱F中的频率峰信号的幅值就只跟待测气体的吸收强弱有关，待测气体浓度越高，吸收越强，相应的频率峰信号的幅值越低。

(5)通过每个频率峰信号幅值反演待测气体在相应L_i路径上的平均浓度的理论公式可表示为：

公式(V)中，A_i为功率谱的第i个频率峰信号对应的幅值；

特种光纤6中L_i到L_i+1这一段待测气体浓度的反演公式可表示为：

综上，实现高空间分辨率分布式气体检测。

图2为基于光学相干吸收光谱的高空间分辨率分布式气体检测系统差分光电探测器8所探测到的总的干涉信号，是特种光纤6不同距离L_i处返回来的信号光与参考光干涉后的若干干涉信号之和；对图2所示的干涉信号进行傅里叶变换后，得到的功率谱如图3所示，功率谱中不同的频率峰代表了特种光纤6不同距离L_i返回来的信号，由于特种光纤6本身的传输损耗和空气纤芯内部的待测气体吸收，距离L_i越远，频率峰的幅值A_i越低，将每个频率峰的幅值A_i带入公式(V)，再结合公式(VI)，就可求出特种光纤6中L_i到L_i+1每一小段内的待测气体浓度。

实施例3

根据实施例1提供的基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统，区别之处在于：

特种光纤6为空气芯光子晶体光纤。

实施例4

根据实施例1提供的基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统，区别之处在于：

特种光纤6为空气芯光子带隙光纤。

Claims (4)

1.一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统，其特征在于，包括扫频光源、2∶2光纤耦合器、偏振控制器、光纤反射镜、特种光纤、1∶2光纤耦合器、差分光电探测器、数据采集卡和计算机；

所述扫频光源的光输出端与所述2∶2光纤耦合器的输入端相连接，所述2∶2光纤耦合器的输出端分别与偏振控制器的输入端和特种光纤的输入端相连接；所述偏振控制器的输出端与光纤反射镜相连接，所述特种光纤上设置有若干个气体微流道；

所述2∶2光纤耦合器与1∶2光纤耦合器的输入端连接，1∶2光纤耦合器的两个输出端分别连接差分光电探测器的两个输入端，差分光电探测器的输出端与数据采集卡的模拟输入端相连接，数据采集卡的模拟输出端与扫频光源的扫频信号输入端连接，所述数据采集卡的数字信号端口通过数据线连接所述计算机实现交互通信；

所述计算机控制数据采集卡输出扫描信号控制扫频光源工作在波长扫描模式下，扫频光源输出的光经过2∶2光纤耦合器分光后，一部分光输入到参考光路作为参考光，在参考光路中偏振控制器用来调节参考光的偏振态进而调节干涉信号，与另一路信号光的偏振态保持一致，从而获得最强的干涉信号；光纤反射镜将参考光反射回2∶2光纤耦合器；另一部分光作为信号光进入特种光纤中，特种光纤上设置的若干个气体微流道，使得待测气体进入到特种光纤的空气纤芯与信号光发生作用，信号光的光强在待测气体的特征吸收谱线范围内发生衰减，信号光经光纤散射、气体微流道创面的作用反射形成的后向反射光返回2∶2光纤耦合器，之后，参考光和信号光在所述2∶2光纤耦合器内发生干涉，干涉光信号传输到1∶2光纤耦合器，经过1∶2光纤耦合器分光后，之后被差分光电探测器探测，差分光电探测器探测的干涉光信号是经过数据采集卡传输到计算机中，在计算机中进行傅里叶变换，得到特种光纤内每一段的待测气体浓度，达到高空间分辨率分布式检测的目的；

所述特种光纤为空气芯光子晶体光纤或空气芯光子带隙光纤。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统，其特征在于，所述气体微流道由特种光纤的表面贯穿到空气纤芯。

3.根据权利要求1所述的一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统，其特征在于，所述2∶2光纤耦合器的分光比为50∶50；所述1∶2光纤耦合器的分光比为50∶50。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种基于光学相干吸收光谱技术的高空间分辨率分布式气体检测系统的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)所述数据采集卡输出扫描信号控制扫频光源工作在波长扫描模式；

(2)所述扫频光源输出的光经2∶2光纤耦合器分光后，一部分光作为参考光进入参考光路，参考光路中设置有偏振控制器和光纤反射镜，光纤反射镜将参考光反射回2∶2光纤耦合器内；另一部分光作为信号光进入特种光纤中设置的气体微流道与待测气体发生作用，信号光的光强在待测气体的特征吸收波长处发生衰减，信号光经光纤散射、气体微流道创面的作用产生后向反射光反射回2∶2光纤耦合器内；

(3)步骤(2)处理后的参考光和带有待测气体吸收信息的信号光在2∶2光纤耦合器内发生干涉，干涉光信号传输到1∶2光纤耦合器，再经过1∶2光纤耦合器的分光后，由差分光电探测器探测得到干涉信号S，如式(I)所示：

公式(I)中，i为特种光纤中信号光发生后向反射光反射的位点，I_r是参考光到达2∶2光纤耦合器的光强，I₀为进入特种光纤的信号光的光强，σ为特种光纤的本征衰减系数，L_i为特种光纤中距离特种光纤的入射端的距离，c_i为从特种光纤的入射端到距离L_i处的待测气体平均浓度，α是指气体微流道内待测气体的吸收系数；k是指光矢量，k＝2π/λ，λ是指波长；Δl_i是距离特种光纤入射端不同距离返回来的信号光分别与参考光之间的光程差；

(4)差分光电探测器探测到的干涉信号经过数据采集卡传输到计算机中，在计算机中对采集完的干涉信号S进行傅里叶变换，得到功率谱F，如式(II)所示：

公式(II)中，F是对干涉信号S做傅里叶变换后的功率谱，

为傅里叶变换运算符，f₁，f₂，f₃，f₄……f_n代表功率谱中不同的频率峰信号；

在气体检测系统中，I_r，I₀两项只与扫频光源的输出功率有关，(1-σLn)这一项只与特种光纤本身的传输特性有关，那么功率谱F中的第i个频率峰信号的幅值A_i就只跟待测气体的吸收强弱有关，待测气体浓度越高，吸收越强，相应的频率峰信号的幅值越低；

(5)通过每个频率峰信号幅值反演待测气体在相应路径L_i上的平均浓度的理论公式，表示为：

公式(III)中，A_i为功率谱的第i个频率峰信号对应的幅值；

特种光纤中L_i到L_i+1这一段待测气体浓度的反演公式表示为：

综上所述，实现高空间分辨率分布式气体检测。

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