CN114002185A - 基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置和方法，属于激光色散光谱和气体传感领域。本发明针对现有色散光谱技术在多点气体探测领域存在的空间分辨率低的问题。装置包括：调频激光器输出频率随时间线性变化的连续光，经分光比为1:99的第二耦合器将1％的连续光作为参考光传递至偏振控制器进行偏振方向的调制；将99％的连续光作为探测光由1端口进入环形器，并由2端口同时输出至多个传感器；每个传感器包括并行设置的修正光路和气池光路，修正光路和气池光路返回后与偏振控制器输出的参考光混频得到拍频信号，经一号平衡探测器转换为拍频电信号后，传递至信号处理器进行处理确定气池内气体浓度。本发明用于气体浓度检测。

Description

基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置和方法
技术领域
本发明涉及基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置和方法，属于激光色散光谱和气体传感领域。
背景技术
多点气体传感在很多领域有着重要应用价值，如天然气管道的泄漏检测、地下隧道的气体安全检测等，这些领域都需要对目标气体进行精确定量和远距离定位。
激光吸收光谱已经被证明是一种在危险性气体环境中具有高特异性、快速响应和操作安全的高灵敏度气体传感方法。但是一方面，在基于吸收光谱的多点气体传感中，吸收光谱很容易受到长距离传输过程中激光功率变化的影响，因此很难用一个统一的模型来拟合单个探测点透射光谱的背景基线；另一方面，在高吸收的气体检测中吸收光谱技术又面临着吸收信号和浓度不再呈线性关系的问题，这些问题都影响着吸收光谱气体探测的精度。
色散光谱技术以探测光通过气体后的色散相位信号对应出气体浓度，色散信号与浓度线性变化，不仅可以有效解决吸收光谱技术面临的高吸收时非线性对应关系引起的探测精度不够的问题，且不受光的强度噪声限制，不需要复杂的背景基线拟合。
但是现有的色散光谱技术在多点气体探测领域还存在一些问题，如因为射频调制速率偏慢而导致的空间分辨率很低和因边带调制而导致的探测带宽过高等问题。
发明内容
针对现有色散光谱技术在多点气体探测领域存在的空间分辨率低的问题，本发明提供一种基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置和方法。
本发明提供了一种基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，包括调频激光器、第二耦合器、第三耦合器、偏振控制器、环形器、多个传感器、一号平衡探测器和信号处理器，
调频激光器输出频率随时间线性变化的连续光，经分光比为1:99的第二耦合器将1％的连续光作为参考光传递至偏振控制器进行偏振方向的调制；将99％的连续光作为探测光由1端口进入环形器，并由2端口同时输出至多个传感器；
每个传感器包括并行设置的修正光路和气池光路，修正光路上设置第一反射镜，气池光路上设置气池，气池的末端设置第二反射镜；由环形器的2端口输出的探测光经第二反射镜反射获得修正光；由环形器的2端口输出的探测光输入至气池后经第一反射镜反射获得吸收后探测光；吸收后探测光与修正光经由环形器的2端口和3端口传输至第三耦合器，与第三耦合器接收的偏振控制器输出的参考光混频得到拍频信号，经一号平衡探测器转换为拍频电信号后，传递至信号处理器；
信号处理器对拍频电信号进行傅里叶变换得到时域信号，所述时域信号包括修正光路时域信号和气池光路时域信号；由气池光路时域信号的不同探测光反射峰确定对应位置的气池；对每个探测光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取探测光光谱相位，得到每个气池对应的探测光色散光谱；每个探测光反射峰紧邻一个相应的修正光反射峰；对每个修正光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取修正光光谱相位，得到与每个气池对应的修正光色散光谱；由探测光色散光谱减去修正光色散光谱得到修正后色散光谱；根据修正后色散光谱确定气池内气体浓度。
根据本发明的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，
环形器的2端口输出的探测光经第五耦合器按5:95的比例分别传递至第一个传感器和二次探测光路，二次探测光路的光再由第六耦合器按5:95的比例分别传递至第二个传感器和三次探测光路……。
根据本发明的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，
对于每个传感器，输入的探测光经50:50的光耦合器分送至修正光路和气池光路。
根据本发明的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，还包括分光比为1:99的第一耦合器和辅助干涉仪；
所述辅助干涉仪包括第四耦合器、一号法拉第旋转镜、二号法拉第旋转镜和延时光纤，
调频激光器输出的连续光中1％经第四耦合器均分后，一路光经二号法拉第旋转镜反射后耦合至第四耦合器，另一路光经延时光纤后，再经一号法拉第旋转镜反射后耦合至第四耦合器，第四耦合器将两路反射信号混频输出拍频干涉信号，并经二号平衡探测器转换为拍频干涉电信号，传递至信号处理器；
信号处理器对拍频干涉电信号利用希尔伯特函数和反正切函数求取相位噪声，获得等频率间隔的时间信号；再根据等频率间隔的时间信号对所述拍频电信号进行重采样，再对重采样后的拍频电信号进行傅里叶变换。
根据本发明的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，延时光纤的长度小于100m。
根据本发明的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，每个传感器的修正光路和气池光路的间隔为10cm到2m。
根据本发明的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，相邻传感器的间隔大于10cm。
根据本发明的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，还包括数据采集卡，所述数据采集卡的0通道用于采集一号平衡探测器输出的拍频电信号；1通道用于采集二号平衡探测器输出的拍频干涉电信号，数据采集卡将采集的电信号传递至信号处理器进行处理。
本发明还提供了一种基于光学调频连续波的多点色散光谱测量方法，基于所述基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置实现，包括，
对每个气池充入不同浓度的待测气体；
使调频激光器的调频范围覆盖待测气体的单个吸收线；调频激光器输出连续光的同时，同步向数据采集卡输出触发信号；
一号平衡探测器接收吸收后探测光和修正光与参考光混频得到的拍频信号，并转换为拍频电信号；
二号平衡探测器接收两路反射信号混频得到的拍频干涉信号，并转换为拍频干涉电信号；
信号处理器对数据采集卡采集到的拍频干涉电信号利用希尔伯特函数和反正切函数求取相位噪声，获得等频率间隔的时间信号；再根据等频率间隔的时间信号对数据采集卡采集到的拍频电信号进行插值重采样；
信号处理器对插值重采样后的拍频电信号进行傅里叶变换得到时域信号，所述时域信号包括修正光路时域信号和气池光路时域信号；由气池光路时域信号的不同探测光反射峰确定对应位置的气池；对每个探测光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取探测光光谱相位，得到每个气池对应的探测光色散光谱；每个探测光反射峰紧邻一个相应的修正光反射峰；对每个修正光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取修正光光谱相位，得到与每个气池对应的修正光色散光谱；由探测光色散光谱减去修正光色散光谱得到修正后色散光谱；根据修正后色散光谱确定气池内气体浓度。
根据本发明的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量方法，按预设置时间间隔采用数据采集卡多次采集拍频电信号和拍频干涉电信号，并采用信号处理器多次计算，将计算结果平均后获得最终修正后色散光谱。
本发明的有益效果：本发明提出一种基于光学调频连续波的多点色散光谱技术，利用光学调频连续波天然的高精度测距能力可以轻松实现多点的气体探测，利用色散光谱技术可以实现三个数量级的高灵敏度气体浓度探测。
本发明利用修正光路解决了多点气体探测领域吸收光谱复杂的背景基线、高吸收时吸收光谱探测精度不高的问题。
本发明通过对每个传感器增加一个修正光路的方法来对相位噪声进行修正，从而实现高光谱分辨率的色散光谱的探测，另外通过调频连续波技术可以实现对每个气池的位置的探测，从而可以实现多点的、高空间分辨率和高光谱分辨率的色散光谱气体传感。
本发明可以解决吸收光谱在气体高吸收时拟合精度大幅度降低的问题。在超过99％的吸光度时仍能得到形状不变的色散光谱。
本发明不受光强波动的影响，没有复杂的背景基线，光谱拟合过程简单。
本发明得到的光谱信号和探测气体浓度整体呈线性关系，在30cm长度的气池中可以得到30ppm的探测精度。
本发明可以实现高空间分辨率的多点色散光谱气体传感，空间分辨率可以达到30cm。
本发明可以应用在需要多点气体探测的长距离探测领域，可以同步、实时探测多点位置的气体浓度。
附图说明
图1是本发明所述基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置的原理示意图；
图2是本发明装置的数据处理过程示意图；图中l1、l2及lm分别为第1、2和m组传感点对应的反射峰的位置，与传感点的实际位置一致；
图3是本发明装置的具体实施结构示意图；
图4是拍频电信号的示意图；
图5是对应于图4的傅里叶变换后时域信号图和逆傅里叶变换后的色散光谱图；
图6是对应于图4的经过修正光路修正后的三个气池的色散光谱图；
图7是实验采集的多组不同浓度气体的色散光谱图；
图8是实验测得的气体浓度和色散信号的线性对应关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一、结合图1和图2所示，本发明的第一方面提供了一种基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，包括调频激光器1、第二耦合器2-2、第三耦合器2-3、偏振控制器3、环形器4、多个传感器、一号平衡探测器7和信号处理器，
调频激光器1输出频率随时间线性变化的连续光，经分光比为1:99的第二耦合器2-2将1％的连续光作为参考光传递至偏振控制器3进行偏振方向的调制，偏振控制器3将参考光的偏振方向尽量调制为与探测光偏振方向一致，从而保证传感点输出拍频信号有足够的强度；将99％的连续光作为探测光由1端口进入环形器4，并由2端口同时输出至多个传感器；
每个传感器包括并行设置的修正光路和气池光路，修正光路上设置第一反射镜6-1，气池光路上设置气池5，气池5的末端设置第二反射镜6-2；由环形器4的2端口输出的探测光经第二反射镜6-2反射获得修正光；由环形器4的2端口输出的探测光输入至气池5后经第一反射镜6-1反射获得吸收后探测光；吸收后探测光与修正光经由环形器4的2端口和3端口传输至第三耦合器2-3，与第三耦合器2-3接收的偏振控制器3输出的参考光混频得到拍频信号，经一号平衡探测器7转换为拍频电信号后，传递至信号处理器；所述拍频电信号包括修正光路的拍频电信号与气池光路的拍频电信号，二者相互独立，不相干扰。
结合图2所示，信号处理器对拍频电信号A进行傅里叶变换FT得到时域信号B，由时域信号的不同反射峰确定对应位置的气池5；对每个反射峰单独采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换IFT提取光谱相位C，对信号拟合去除线性项,得到每个气池5对应的修正后色散光谱；根据修正后色散光谱确定气池5内气体浓度。具体包括：
信号处理器对拍频电信号进行傅里叶变换得到时域信号，所述时域信号包括修正光路时域信号和气池光路时域信号；由气池光路时域信号的不同探测光反射峰确定对应位置的气池5；对每个探测光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取探测光光谱相位，得到每个气池5对应的探测光色散光谱；每个探测光反射峰紧邻一个相应的修正光反射峰，根据反射峰之间的位置关系，可确定探测光反射峰、修正光反射峰与气池的对应关系；对每个修正光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取修正光光谱相位，得到与每个气池5对应的修正光色散光谱；由探测光色散光谱减去修正光色散光谱得到修正后色散光谱；根据修正后色散光谱确定气池5内气体浓度。
作为示例，结合图3所示，环形器4的2端口输出的探测光经第五耦合器2-5按5:95的比例分别传递至第一个传感器和二次探测光路，二次探测光路的光再由第六耦合器2-6按5:95的比例分别传递至第二个传感器和三次探测光路……。
作为示例，结合图3所示，对于每个传感器，输入的探测光经50:50的光耦合器分送至修正光路和气池光路。
进一步，结合图3所示，本实施方式还包括分光比为1:99的第一耦合器2-1和辅助干涉仪；
所述辅助干涉仪包括第四耦合器2-4、一号法拉第旋转镜9-1、二号法拉第旋转镜9-2和延时光纤10，
调频激光器1输出的连续光中1％经第四耦合器2-4均分后，一路光经二号法拉第旋转镜9-2反射后耦合至第四耦合器2-4，另一路光经延时光纤10后，再经一号法拉第旋转镜9-1反射后耦合至第四耦合器2-4，第四耦合器2-4将两路反射信号混频输出拍频干涉信号，并经二号平衡探测器8转换为拍频干涉电信号，传递至信号处理器；
信号处理器对拍频干涉电信号利用希尔伯特函数和反正切函数求取相位噪声，获得等频率间隔的时间信号；再根据等频率间隔的时间信号对所述拍频电信号进行重采样，再对重采样后的拍频电信号进行傅里叶变换。
本实施方式中，增加了辅助干涉仪部分。第一耦合器2-1将小部分光输入到辅助干涉仪部分，将绝大部分的光输入到主干涉仪部分。辅助干涉仪采用迈克尔逊干涉仪结构。辅助干涉仪部分获得的拍频干涉信号，用于对主干涉仪信号进行希尔伯特重采样，来补偿光源的非线性扫频带来的相位噪声。进入主干涉仪的光经过第二耦合器2-2将小部分的光输入到偏振控制器3进入参考光路，将绝大部分的光输入到气池光路，然后经过环形器4输入到传感器部分。
再进一步，本实施方式中，辅助干涉仪延时光纤10的长度小于100m，在不影响重采样的情况下尽量使用较短的延时光纤，目的是保证希尔伯特重采样的条件，辅助干涉仪延时光纤长度越低重采样结果越精确。
再进一步，本实施方式中，每个传感器的修正光路和气池光路的间隔为10cm到2m。在此范围内既不会产生修正光路和气池光路的反射峰之间的串扰又能保证修正光路对气池光路的修正效果。
再进一步，本实施方式中，相邻传感器的间隔大于10cm。目的是防止不同传感点之间信号的串扰。
再进一步，结合图3所示，本实施方式还包括数据采集卡11，所述数据采集卡11的0通道用于采集一号平衡探测器7输出的拍频电信号；1通道用于采集二号平衡探测器8输出的拍频干涉电信号，数据采集卡11将采集的电信号传递至信号处理器进行处理。
本实施方式中，第一反射镜6-1和第二反射镜6-2应为同类型反射镜，以能达到良好的修正效果。
本实施方式中信号处理器对采集的拍频电信号进行处理的具体过程包括：
数据采集卡11同步采集辅助干涉仪拍频信号(1通道)和主干涉仪拍频信号(0通道)；
提取辅助干涉仪拍频信号的相位，利用辅助干涉仪的相位对主干涉仪拍频信号进行三次样条插值，实现重采样；
对重采样后的主干涉仪拍频信号进行傅里叶变换，得到时域谱；
在时域谱选取某传感点m对应的反射峰进行逆傅里叶变换，得到的信号im(ω)包含传感点m的色散信息；
提取传感点m的信号im(ω)的相位，去掉其中由于拍频角频率及延时时间τm引入的线性相位项ωτm，得到传感点m对应的色散相位：
Figure BDA0003359626470000071
对每个气池的色散相位用其相邻的修正光路的色散相位进行修正，得到高精度的色散光谱。
具体实施方式二、结合图1至图3所示，本发明的另一方面还提供了一种基于光学调频连续波的多点色散光谱测量方法，基于具体实施方式一所述基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置实现，包括，
对每个气池5充入不同浓度的待测气体；
使调频激光器1输出线性调频的连续光，并使其调频范围覆盖待测气体的单个吸收线；调频激光器1输出连续光的同时，同步向数据采集卡11输出触发信号；
一号平衡探测器7接收吸收后探测光和修正光与参考光混频得到的拍频信号，并转换为拍频电信号；
二号平衡探测器8接收两路反射信号混频得到的拍频干涉信号，并转换为拍频干涉电信号；
当辅助干涉仪的延时时间τ足够短时，辅助干涉仪的拍频相位近似成与激光器扫频频率υ(t)成一次函数关系，
Figure BDA0003359626470000081
其中
Figure BDA0003359626470000082
为辅助干涉仪的拍频相位，
Figure BDA0003359626470000083
为初始相位，为常数；
信号处理器可以用希尔伯特变换和反正切函数对数据采集卡11采集到的1通道的拍频干涉电信号iaux(τ)求取拍频相位，
Figure BDA0003359626470000084
从而由辅助干涉仪的相位求得激光器扫频的频率信息υ(t)，用此频率信息对数据采集卡11采集到的0通道的拍频电信号进行三次样条插值重采样，就可以得到对非线性扫频补偿后的主干涉仪拍频信号。
信号处理器对插值重采样后的拍频电信号进行傅里叶变换得到时域信号，所述时域信号包括修正光路时域信号和气池光路时域信号；由气池光路时域信号的不同探测光反射峰确定对应位置的气池5；对每个探测光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取探测光光谱相位，得到每个气池5对应的探测光色散光谱，实现从时域信号到频域信号的转换；每个探测光反射峰紧邻一个相应的修正光反射峰；对每个修正光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取修正光光谱相位，得到与每个气池5对应的修正光色散光谱；由探测光色散光谱减去修正光色散光谱得到修正后色散光谱；根据修正后色散光谱确定气池5内气体浓度。
利用逆傅里叶变换后得到信号的实部和虚部结合反正切函数求得信号的相位信息，将相位信息中的拍频频率线性项减去就可得到单个气池的修正后色散光谱；根据修正后色散光谱确定气池5内待测气体浓度。
结合图3所示，环形器4的2端口输出的探测光中，采用第五耦合器2-5将5％的探测光传递至第一个传感器，剩下的95％的探测光再经第六耦合器2-6将其作为新的整体，将新整体的5％传递至第二个传感器，新整体的另外95％再作为整体经第七耦合器2-7……，依此类推。图3中，三个传感光路中设置的耦合器分别为第八耦合器2-8、第九耦合器2-9和第十耦合器2-10,均实现平均分配入射光的功能；气池5包括第一传感光路中的第一气池5-1、第二传感光路中的第二气池5-2和第三传感光路中的第三气池5-3。
进一步，按预设置时间间隔采用数据采集卡11多次采集拍频电信号和拍频干涉电信号，并采用信号处理器多次计算，将计算结果平均后获得最终修正后色散光谱，从而提高光谱的信噪比。
本发明中，主干涉仪信号进行重采样后的拍频结果如图4所示，此时，三个气池充入的气体分别为标准大气压下0.06％乙炔、99.99％氮气、8.02％乙炔气体。将拍频信号进行傅里叶变换和逆傅里叶变换得到的结果如图5所示，得到对应于三个传感器的六个明显的反射峰，每组传感器的反射峰由一个修正光路反射峰和一个气池光路反射峰组成。其中逆傅里叶变换部分为对40次数据平均结果的每个反射峰分别做逆傅里叶变换后得到的色散谱，将每组传感器的气池光路色散谱用修正光路的色散谱进行修正，修正结果展示在图6中。根据第二组传感器修正后气池的色散光谱误差的标准差从0.0116降低到0.0011，降低了近一个数量级，可以看出本发明提出的修正光路对于色散光谱测量的重要性。
图7和图8显示了0.06％、0.15％、0.76％、2.00％、4.16％、8.02％六组浓度的色散光谱，并展示了其对应的色散信号强度与浓度的线性关系。即使在浓度为8.02％(吸收大于99％)时，色散光谱的形状仍然保持不变。色散信号强度和浓度用正比例函数进行拟合，拟合的相关系数达到0.99995的高线性度。最低可探测的等效噪声吸收为0.002，对应的乙炔浓度为30ppm。结合图8可知，本发明可以探测的浓度范围为30ppm-8.02％，动态范围为2.7*103。因此本发明测量的色散光谱可以有效解决吸收光谱在气体高吸收时拟合困难和吸收信号与浓度不呈线性关系，从而导致探测精度不足的问题，从而有效的提高多点探测的浓度测量动态范围。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (10)

1.一种基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，其特征在于包括调频激光器(1)、第二耦合器(2-2)、第三耦合器(2-3)、偏振控制器(3)、环形器(4)、多个传感器、一号平衡探测器(7)和信号处理器，
调频激光器(1)输出频率随时间线性变化的连续光，经分光比为1:99的第二耦合器(2-2)将1％的连续光作为参考光传递至偏振控制器(3)进行偏振方向的调制；将99％的连续光作为探测光由1端口进入环形器(4)，并由2端口同时输出至多个传感器；
每个传感器包括并行设置的修正光路和气池光路，修正光路上设置第一反射镜(6-1)，气池光路上设置气池(5)，气池(5)的末端设置第二反射镜(6-2)；由环形器(4)的2端口输出的探测光经第二反射镜(6-2)反射获得修正光；由环形器(4)的2端口输出的探测光输入至气池(5)后经第一反射镜(6-1)反射获得吸收后探测光；吸收后探测光与修正光经由环形器(4)的2端口和3端口传输至第三耦合器(2-3)，与第三耦合器(2-3)接收的偏振控制器(3)输出的参考光混频得到拍频信号，经一号平衡探测器(7)转换为拍频电信号后，传递至信号处理器；
信号处理器对拍频电信号进行傅里叶变换得到时域信号，所述时域信号包括修正光路时域信号和气池光路时域信号；由气池光路时域信号的不同探测光反射峰确定对应位置的气池(5)；对每个探测光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取探测光光谱相位，得到每个气池(5)对应的探测光色散光谱；每个探测光反射峰紧邻一个相应的修正光反射峰；对每个修正光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取修正光光谱相位，得到与每个气池(5)对应的修正光色散光谱；由探测光色散光谱减去修正光色散光谱得到修正后色散光谱；根据修正后色散光谱确定气池(5)内气体浓度。
2.根据权利要求1所述的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，其特征在于，
环形器(4)的2端口输出的探测光经第五耦合器(2-5)按5:95的比例分别传递至第一个传感器和二次探测光路，二次探测光路的光再由第六耦合器(2-6)按5:95的比例分别传递至第二个传感器和三次探测光路……。
3.根据权利要求2所述的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，其特征在于，
对于每个传感器，输入的探测光经50:50的光耦合器分送至修正光路和气池光路。
4.根据权利要求3所述的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，其特征在于还包括分光比为1:99的第一耦合器(2-1)和辅助干涉仪；
所述辅助干涉仪包括第四耦合器(2-4)、一号法拉第旋转镜(9-1)、二号法拉第旋转镜(9-2)和延时光纤(10)，
调频激光器(1)输出的连续光中1％经第四耦合器(2-4)均分后，一路光经二号法拉第旋转镜(9-2)反射后耦合至第四耦合器(2-4)，另一路光经延时光纤(10)后，再经一号法拉第旋转镜(9-1)反射后耦合至第四耦合器(2-4)，第四耦合器(2-4)将两路反射信号混频输出拍频干涉信号，并经二号平衡探测器(8)转换为拍频干涉电信号，传递至信号处理器；
信号处理器对拍频干涉电信号利用希尔伯特函数和反正切函数求取相位噪声，获得等频率间隔的时间信号；再根据等频率间隔的时间信号对所述拍频电信号进行重采样，再对重采样后的拍频电信号进行傅里叶变换。
5.根据权利要求4所述的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，其特征在于，延时光纤(10)的长度小于100m。
6.根据权利要求4所述的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，其特征在于，每个传感器的修正光路和气池光路的间隔为10cm到2m。
7.根据权利要求6所述的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，其特征在于，相邻传感器的间隔大于10cm。
8.根据权利要求4所述的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置，其特征在于还包括数据采集卡(11)，所述数据采集卡(11)的0通道用于采集一号平衡探测器(7)输出的拍频电信号；1通道用于采集二号平衡探测器(8)输出的拍频干涉电信号，数据采集卡(11)将采集的电信号传递至信号处理器进行处理。
9.一种基于光学调频连续波的多点色散光谱测量方法，基于权利要求8所述基于光学调频连续波的多点色散光谱测量装置实现，其特征在于包括，
对每个气池(5)充入不同浓度的待测气体；
使调频激光器(1)的调频范围覆盖待测气体的单个吸收线；调频激光器(1)输出连续光的同时，同步向数据采集卡(11)输出触发信号；
一号平衡探测器(7)接收吸收后探测光和修正光与参考光混频得到的拍频信号，并转换为拍频电信号；
二号平衡探测器(8)接收两路反射信号混频得到的拍频干涉信号，并转换为拍频干涉电信号；
信号处理器对数据采集卡(11)采集到的拍频干涉电信号利用希尔伯特函数和反正切函数求取相位噪声，获得等频率间隔的时间信号；再根据等频率间隔的时间信号对数据采集卡(11)采集到的拍频电信号进行插值重采样；
信号处理器对插值重采样后的拍频电信号进行傅里叶变换得到时域信号，所述时域信号包括修正光路时域信号和气池光路时域信号；由气池光路时域信号的不同探测光反射峰确定对应位置的气池(5)；对每个探测光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取探测光光谱相位，得到每个气池(5)对应的探测光色散光谱；每个探测光反射峰紧邻一个相应的修正光反射峰；对每个修正光反射峰采用矩形窗选取，并对选取后信号进行逆傅里叶变换提取修正光光谱相位，得到与每个气池(5)对应的修正光色散光谱；由探测光色散光谱减去修正光色散光谱得到修正后色散光谱；根据修正后色散光谱确定气池(5)内气体浓度。
10.根据权利要求9所述的基于光学调频连续波的多点色散光谱测量方法，其特征在于，按预设置时间间隔采用数据采集卡(11)多次采集拍频电信号和拍频干涉电信号，并采用信号处理器多次计算，将计算结果平均后获得最终修正后色散光谱。
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