一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统技术方案

本发明专利技术提出一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统，包括层析成像传感器、激光器控制模块、可调谐二极管激光器、数据采集模块、主控模块和计算机等；由同一时钟源为激光器控制模块、数据采集模块、主控模块提供工作时钟基准，保证模块间的同步工作；由主控模块为激光器控制模块和数据采集模块提供触发信号，通过固定激光器的单次扫描时间，调整扫描间隔以适应触发信号频率，实现系统成像帧率调节，减小激光器扫描过程中待测区域随时间变化的扰动对光强测量的影响，同时数据采集模块在激光扫描期间进行采集，在其搭载的外部存储器中缓存高速数据流；该系统可用于重建被测区域温度和气体浓度的二维分布，在燃烧诊断等领域具有广阔的应用前景。

A laser absorption spectral tomography system with variable frame rate

【技术实现步骤摘要】
一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统
本专利技术涉及一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统，属于激光诊断
，该系统用于燃烧场的温度、浓度的重建。
技术介绍
作为一种响应快速、灵敏度高、抗干扰的非接触式测量方法，基于激光吸收光谱的气体参数测量技术近些年来得到了快速发展，被广泛应用于燃烧诊断、大气监测、工业现场等领域。特别地，得益于分布反馈式(DistributedFeedback，DFB)激光器技术的不断成熟，可调谐二极管激光吸收光谱(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy，TDLAS)技术在火焰动态变化过程中的参数在线定量监测方面得到了长足进步，以获得温度、组分浓度、压力、速度等流场参数。2017年，Q.Wu等发表在《燃烧科学与技术》(CombustionScienceandTechnology)第189卷第9期第1571-1590页的论文《基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的乙烯/空气预混火焰中的烟灰体积分数、H2O浓度和温度的实时在线测量》(SimultaneousIn-SituMeasurem本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提出一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统，包括层析成像传感器、激光器控制模块、可调谐二极管激光器、数据采集模块、主控模块和计算机等；激光器控制模块、数据采集模块、主控模块集成在一个CPCI机箱内，由同一时钟源为激光器控制模块、数据采集模块、主控模块提供工作时钟基准，保证各模块间的同步工作；由主控模块为激光器控制模块和数据采集模块提供触发信号，通过固定激光器的单次扫描时间，调整扫描间隔以适应触发信号频率，实现系统成像帧率调节，以减小激光器扫描过程中待测区域随时间变化的扰动对光强测量结果的影响，同时数据采集模块在激光器扫描期间进行采集，在采集模块搭载的外部存储器中缓冲高速数据流，避...

【技术特征摘要】
1.本发明提出一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统，包括层析成像传感器、激光器控制模块、可调谐二极管激光器、数据采集模块、主控模块和计算机等；激光器控制模块、数据采集模块、主控模块集成在一个CPCI机箱内，由同一时钟源为激光器控制模块、数据采集模块、主控模块提供工作时钟基准，保证各模块间的同步工作；由主控模块为激光器控制模块和数据采集模块提供触发信号，通过固定激光器的单次扫描时间，调整扫描间隔以适应触发信号频率，实现系统成像帧率调节，以减小激光器扫描过程中待测区域随时间变化的扰动对光强测量结果的影响，同时数据采集模块在激光器扫描期间进行采集，在采集模块搭载的外部存储器中缓冲高速数据流，避免数据丢失；该系统可用于重建被测区域温度和气体浓度的二维分布，在燃烧诊断等领域具有广阔的应用前景。


2.基于权利要求1提出一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统，其特征在于系统中的激光器控制模块104、数据采集模块106、主控模块107集成在一个CPCI机箱内，通过CPCI总线601进行通信，由同一时钟源为激光器控制模块104、数据采集模块106、主控模块107提供工作时钟基准，保证各模块间的同步工作；时钟源可以由主控模块107或单独的时钟模块给出，通过CPCI总线601进行传输，并分发给CPCI机箱内的其他模块，该时钟源作为CPCI机箱内其他模块的的时钟参考；
主控模块107用于和计算机108的通信，接收计算机108下发的指令，并据此通过CPCI总线601向激光器控制模块104、数据采集模块106发送指令，激光器控制模块104根据指令对可调谐二极管激光器105进行控制，数据采集模块106对层析成像传感器101中的光电探测器阵列103的输出信号进行量化采集；主控模块107通过CPCI总线601接受激光器控制模块104、数据采集模块106的结果反馈；数据采集模块106采集到的数据或处理后的数据发送到主控模块107，然后USB接口402传输到计算机108；主控模块的核心芯片FPGA401的控制逻辑中包括一个触发模块403，所述的触发模块用于产生一定频率的触发信号201，所述的触发信号由FPGA401内的锁相环和分频计数器生成，用于触发激光器控制模块104和数据采集模块106；
激光器控制模块104用于控制可调谐二极管激光器105的工作，激光器控制模块上搭载了电流控制回路和温度控制回路，可以对可调谐二极管激光器105的扫描电流和工作温度进行精确控制；其中温度控制回路用于稳定可调谐二极管激光器105的温度，使其到达并稳定于设定的目标工作温度；电流控制回路用于改变稳定可调谐二极管激光器105的注入电流，从而控制其扫描波长和输出功率，按照设定的扫描波形进行扫描；可调谐二极管激光器105输出的激光经过分束耦合等过程连接到激光发射装置102；激光器控制模块104、可调谐二极管激光器105的数量依据所选吸收谱线数量调节，不局限于1个；激光器控制模块104安装于CPCI机箱内，现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammableGateArray)FPGA301输出一个设定的数字化的波形信号(比如锯齿波)到数模转换器DAC302，将其转换为电流信号，驱动器303对该电流信号进行放大后产生用于驱动可调谐二极管激光器105的电流，并将该电流通过DFB激光器夹具306注入可调谐二极管激光器105；同时FPGA301输出一个数字化的温度设定值到数模转换器DAC304，将其转换为电压信号作为驱动器305的一个输入，可调谐二极管激光器105内部的热敏电阻的温度反馈信号作为驱动器305...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立军，张宏宇，曹章，蔡兆雨，黄昂，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11