可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010015832.6 (22)申请日 2020.01.08 (71)申请人 北京航空航天大学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 徐立军张宏宇曹章蔡兆雨 黄昂 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/39(2006.01) (54)发明名称 一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系 统 (57)摘要 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。

2、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。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 111。

3、024615 A 2020.04.17 CN 111024615 A 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。

4、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。

5、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。

6、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FPGA 401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FPGA 401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。

7、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(Field Programmable Gate Array)FPGA 301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DAC 302， 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1。

8、05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FPGA 301输出一个数 字化的温度设定值到数模转换器DAC 304， 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的另一个输 入， 两个输入的差值用于驱动器305的实际输入， 驱动器305用于调整注入可调谐二极管激 光器105内部的热电效应制冷器件的电流， 进而实现对可调谐二极管激光器105的加热或制 权利要求书 1/2 页 2 CN 111024615 A 2 冷， 使得其温度与设定值保持一致； 可调谐二极管激光器105安装于D。

9、FB激光器夹具306； FPGA 301通过CPCI接口307和CPCI总线601和主控模块的FPGA 401实现通信， 接收指令并返 回激光器的工作参数； 可调谐二极管激光器105的输出通过光纤耦合到层析成像传感器101 搭载的激光发射装置102， 将激光整形发射穿过待测区域后， 照射到探测器阵列103； 数据采集模块106用于量化光电探测器阵列103输出的模拟信号， 对包含吸收谱信息的 透射激光强度信号进行实时采样， 其上搭载了片上存储器DDR SDRAM 502， 对高速数据进行 缓冲； 数据采集模块上的处理器FPGA 501可以对透射激光强度信号做进一步处理， 处理器 包括但不局限于F。

10、PGA， 处理方式包括但不局限于信号平均、 特征提取； 光电探测器阵列103 输出的电压信号通过屏蔽线输入数据采集模块信号输入505接口后经过调理电路504， 对信 号进行滤波放缩等处理使之处于模数转换芯片ADC 503的输入量程范围内， ADC 503将之转 换为数字信号后输入到FPGA 501， 由于CPCI总线带宽有限， 数据采集模块搭载了片上存储 器DDR SDRAM 502， FPGA 501的控制逻辑将之虚拟化为一个先入先出队列FIFO， ADC 503输 入到FPGA 501的高速数据流可以缓存进入FIFO， 即DDR SDRAM 502， 之后再通过FPGA 501对 数据进行。

11、读取并通过CPCI接口307和CPCI总线601发送到主控模块107； 在数据采集过程中， DDR SDRAM 502中的数据在高速数据流带宽高于CPCI带宽时会发生堆积， 因此FPGA 501的 控制逻辑需要负责计算DDR SDRAM 502的实时剩余容量， 及时暂停数据流的写入， 保证虚拟 化的FIFO不会发生数据溢出。 3.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， 其特征在于激光 器的单次扫描时间固定， 通过调整扫描间隔改变系统的成像帧率； 触发信号201来自主控模块107， 触发信号时间间隔为Tr； 激光器的扫描过程202的时间 是固定的， 完成一次扫描的扫描时间为T。

12、s； 两次扫描之间为激光器的等待过程203的时间为 Tr-Ts； 主控模块107生成一定时间间隔Tr的触发信号201， 发送到激光器控制模块104和数据采 集模块106， 激光器控制模块104接收到触发信号201后， 立即控制可调谐二极管激光器105 按照预设的扫描波形进行扫描， FPGA 301内部锁相环生成的计时模块308进行计时， 扫描过 程在Ts内完成， 之后可调谐二极管激光器105处在不发光状态， 时间为Tr-Ts直到接收到新的 触发信号201； 数据采集模块106接收到触发信号201后， 立即对光探测器阵列103的输出按 照一定采样率进行量化采集， FPGA501内部锁相环生成的计。

13、时模块507进行计时， 使得采样 时间为Ts， 之后数据采集模块106处在不采集状态， 时间为Tr-Ts直到接收到新的触发信号 201； 此过程不断循环直到数据采集模块106搭载的片上存储器DDR SDRAM 502容量用尽； 扫描过程202的持续时间Ts可以根据所选可调谐二极管激光器105的工作特性确定， 测 量前需要测试可调谐二极管激光器105的频率响应特性， 确定合适的扫描时间Ts， 以覆盖测 量吸收光谱所需的足够波数范围； 触发信号的时间间隔Tr大于等于扫描时间Ts， 可变帧率的 激光吸收光谱层析成像系统的帧率最高可达1/Ts。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111024615 A。

14、 3 一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统 技术领域 0001 本发明涉及一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统， 属于激光诊断技术领 域， 该系统用于燃烧场的温度、 浓度的重建。 背景技术 0002 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(Distributed Feedback， DFB)激光器技术的不断成熟， 可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，。

15、 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 (Combustion Science and Technology)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 (Simultaneous In-Situ Measurement of Soot Volume Fraction,H2O Concentration, and Temperature in an。

16、 Ethylene/Air Premixed Flame Using Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)中对乙烯/空气预混火焰的不同高度处的平均烟灰体积分数、 温度和H2O浓度进行了测量。 2018年， L.Jan等人发表在 电器和电子工程师协会仪器与测量 汇刊 (IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement)第68卷第4期第1140- 1147页的论文 使用自校准多次谐波技术和垂直腔面发射激光器用于城市二氧化碳浓度现 场测量的传感器 (Self-Calibrated Multih。

17、armonic CO2 Sensor Using VCSEL for Urban In Situ Measurement)中对垂直腔面发射激光器的注入电流进行调制进而调制波 长， 利用波长调制中产生的各次谐波提高测量的信噪比检测了城区内CO2的长期变化。 0003 传统的TDLAS技术基于视线(Line of Sight， LOS)技术， 测量结果是沿光程的平 均， 没有空间分辨率， 不能满足非均匀、 复杂流场的燃烧诊断需求。 为了获得所需参数的二 维分布， 层析成像技术(Computed Tomography)被引入TDLAS， 通过多方向多角度的投影反 演感兴趣区域的二维温度浓度分布。 2。

18、015年， F .Wang等发表在 光学通信 (Optics Communications)第346卷第5363页的 基于TDLAS层析成像技术的预混甲烷/空气火焰中 二维H2O浓度和温度分布的同步测量 (Simultaneous measurement of 2-dimensional H2O concentration and temperature distribution in premixed methane/air flame using TDLAS-based tomography technology)选用H2O作为吸收分子， 使用4个角度24条光 束对预混甲烷/空气火焰的温度。

19、和H2O进行了测量。 2018年， C.Wei等人发表在 应用物理B (Applied Physics B)第124卷第6期的论文 中红外激光吸收光谱层析成像法在预混射流 火焰中的二维热化学定量测量 (Mid-infrared laser absorption tomography for quantitative 2D thermochemistry measurements in premixed jet flames)中利用二 维位移台结合阿贝尔变换对乙烯/空气预混射流火焰不同高度上的CO和CO2浓度进行了测 量， 并分别给出了利用CO和CO2的吸收谱线计算的温度分布。 2018年， C。

20、.Liu等人发表在 电 说明书 1/5 页 4 CN 111024615 A 4 器和电子工程师协会仪器与测量汇刊 (IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement)第67卷第6期第13381348页的论文 基于TDLAS层析成像技术的旋流火焰横 截面在线监测 (Online Cross-Sectional Monitoring of a Swirling Flame Using TDLAS Tomography)中利用五个角度60束激光的TDLAS层析成像系统， 重建了旋转火焰横截 面的温度和H2O浓度的二维分布， 发现了呈现新月形的。

21、旋转高温区。 为了获得高时空分辨率 的参数分布重建结果， 需要从数十路快速调制的激光信号中提取吸收谱信息； 而为了设计 具有高时空分辨率的激光吸收光谱层析成像系统， 需要实现对激光器的快速调制和多路模 拟信号的快速采集， 在这种情况下， 层析成像系统面临着相似的困难， 比如激光发射与检测 之间的同步、 多通道短时间内海量数据的存储与传输等。 为了解决多通道短时间内大量数 据的传输困难， 其中一个方法是对原始数据进行在线处理， 以减少数据量。 2019年， E.M.D.Fisher等人发表在 电气和电子工程师协会仪器与测量汇刊 (IEEE Transactions on Instrumentat。

22、ion and Measurement)的论文 一个用于航空发动机排气羽流的化学物 质层析成像的定制多通道数据采集系统 (A Custom ,High-Channel Count Data Acquisition System for Chemical Species Tomography of Aero-Jet Engine Exhaust Plumes)中利用现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array， FPGA)从采样数 据中提取波长调制的一次/二次谐波分量， 大大减小了数据传输量。 2018年， E.M.D.Fisher 等人发表在 电气和电子工程。

23、师协会仪器与测量汇刊 (IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement)的论文 在资源受限的TDLAS/WMS数据采集中采用交 织传输和错误隐藏的方法减轻数据包丢失的影响 (Interleaving and Error Concealment to Mitigate the Impact of Packet Loss in Resource-Constrained TDLAS/WMS Data Acquisition)中论证了前一篇论文在数据传输中存在数据包丢失的情 况， 数据丢失虽然可以在一定程度上予以后期补偿， 但是会影响从数据中提。

24、取信息的能力， 降低系统的信噪比。 因此， 数据的无丢包无误码传输对于系统获得准确的二维参数分布有 重要意义。 另一个方法是在采集系统中增加片上存储器用以缓存数据。 2017年， W.Jing等发 表在 电气和电子工程师协会传感器期刊 (IEEE Sensors Journal)第17卷第24期第8215- 8223页的论文 一种用于可调二极管激光吸收光谱成像的可重构的并行数据采集系统 (A Reconfigurable Parallel Data Acquisition System for Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy Tomogr。

25、aphy)中使用了自定义的数据采集系统用于激光吸收光 谱数据的采集， 数据先缓存在数据采集卡搭载的存储器中， 采集完成后再将数据上传到计 算机， 然而存储器容量有限， 为了存储更长时间的数据， 需要降低采样率， 为了保持用于线 型拟合的采样点数目， 需要减小激光器的调制频率， 激光器扫描时间的增加使受到调制的 光强更容易因待测区域的扰动而畸变， 从而无法捕捉动态性强快速变化的过程。 0004 基于以上背景， 本发明提出一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统， 保持激 光器的单次扫描时间固定， 通过调整激光器扫描间隔改变系统的成像帧率， 以减小在激光 器扫描过程中火焰抖动对测量结果的影响。 该系。

26、统可用于重建被测区域温度和气体浓度的 二维分布。 发明内容 0005 (一)要解决的技术问题 说明书 2/5 页 5 CN 111024615 A 5 0006 本发明的目的在于提供一种可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统， 以解决硬件 存储资源有限与长时间过程监测的矛盾。 0007 (二)技术方案 0008 本发明提出的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。 其中层析成像传 感器包括激光发射装置、 光电探测器和相应的支撑结构； 主控模块用于与上位机通信， 控制 激光器控制模块、 数据采集模块按照设定。

27、的程序工作； 激光器控制模块用于控制可调谐二 极管激光器的工作温度和扫描波形； 数据采集模块用于采集光电探测器探测的透射激光强 度； 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。 0009 确定系统的成像帧率后， 主控模块产生与成像帧率频率一致的触发信号， 并发送 给激光器控制模块和数据采集模块； 激光器控制模块接收触发信号后， 控制可调谐二极管 激光器的工作温度并注入扫描电流， 使激光器的输出波长按照一定扫描波形变化， 每次触 发后激光器的扫描时间固定为Ts， 输出激光穿过层析成像传感器被测区域的待测气体， 透 射激光被光电探测器接收。

28、； 数据采集模块接收触发信号后， 对光电探测器的输出进行采样， 每次触发后数据采集模块的采样时间固定为Ts； 采样数据在数据采集模块搭载的片上存储 器中缓冲并发送到计算机， 片上存储器存储空间满后停止数据采集， 之后通过主控模块将 片上存储器的所有数据发送到计算机。 0010 (三)有益效果 0011 本发明提出的可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统， 相较于现有技术具有以下 优点： 成像帧率可变， 通过统一更改激光器控制模块和数据采集模块的触发信号频率， 改变 成像装置的成像帧率， 以满足不同测量帧率的测试要求； 激光器控制模块的单次扫描时间 固定， 通过改变扫描过程的时间间隔调整成像帧率， 。

29、数据采集模块在激光器控制模块的扫 描时间内进行数据采集， 扫描间隔内停止数据采集与存储， 降低硬件资源存储量需求。 附图说明 0012 图1是可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统的一种结构示意图， 由以下部分组 成： 层析成像传感器(101)、 激光发射装置(102)、 光电探测器阵列(103)、 激光器控制模块 (104)、 可调谐二极管激光器(105)、 数据采集模块(106)、 主控模块(107)、 计算机(108)。 0013 图2是可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统集成在CPCI机箱的详细功能实现框 图， 包括主控模块107， 激光器控制模块104， 数据采集模块106， 及其各自子模。

30、块。 0014 图3是可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统的帧率调节示意图， 图中， 触发信号 (201)、 扫描过程(202)、 等待过程(203)。 具体实施方式 0015 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明确， 以下结合具体实施例， 并参照 附图， 对本发明做进一步详细说明。 0016 说明书附图图1是本发明实施例的可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统的结构 示意图， 该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 说明书 3/5 页 6 CN 111024615 A 6 块、 主控模块和计算机。 0017 说明书附图图2是本发明实施例的可变帧率的激。

31、光吸收光谱层析成像系统集成在 CPCI机箱的详细功能实现框图， 包括主控模块， 激光器控制模块， 数据采集模块， 及其各自 子模块。 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生成的触发信号也通过CPCI总线。

32、601进行 传输。 0018 层析成像传感器101是一个多边形的框架结构； 层析成像传感器101上搭载了激光 发射装置102和光电探测阵列103， 激光发射装置102位于多边形的顶角， 发射用于探测的扇 形激光， 照射到光电探测器阵列103； 光电探测器阵列103位于多边形的边上， 用于接收被待 测区域被测气体吸收衰减后的激光； 本实施例中给出了一种多边形的结构， 层析成像传感 器101的结构包括但不局限于五边形。 0019 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。

33、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(Field Programmable Gate Array)FPGA 301输出一个设定的数字化的波形信号(比如。

34、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FPGA 301输出一 个数字化的温度设定值到数模转换器DAC 304， 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的另一个输 入， 两个输入的差值用于驱动器305的实际输入， 驱动器305用于调整注入可调谐二极管激 光器105内部的热电效应制冷器件的电流， 进而实现对可调谐二极管激光器105的加热或制 冷，。

35、 使得其温度与设定值保持一致； 可调谐二极管激光器105安装于DFB激光器夹具306； FPGA301通过CPCI接口307和CPCI总线601和主控模块的FPGA401实现通信， 接收指令并返回 激光器的工作参数。 0020 数据采集模块106用于量化光电探测器阵列103输出的模拟信号， 对包含吸收谱信 息的透射激光强度信号进行实时采样， 其上搭载了片上存储器DDR SDRAM502， 对高速数据 进行缓冲； 数据采集模块上的处理器FPGA 501可以对透射激光强度信号做进一步处理， 处 理器包括但不局限于FPGA， 处理方式包括但不局限于信号平均、 特征提取； 光电探测器阵列 103输出的。

36、电压信号通过屏蔽线输入数据采集模块信号输入505接口后经过调理电路504， 对信号进行滤波放缩等处理使之处于模数转换芯片ADC 503的输入量程范围内， ADC 503将 之转换为数字信号后输入到FPGA 501， 由于CPCI总线带宽有限， 数据采集模块搭载了片上 说明书 4/5 页 7 CN 111024615 A 7 存储器DDR SDRAM 502， FPGA 501的控制逻辑将之虚拟化为一个先入先出队列FIFO， ADC 503输入到FPGA 501的高速数据流可以缓存进入FIFO， 即DDR SDRAM 502， 之后再通过FPGA 501对数据进行读取并通过CPCI接口307和C。

37、PCI总线601发送到主控模块107； 在数据采集过 程中， DDR SDRAM 502中的数据在高速数据流带宽高于CPCI带宽时会发生堆积， 因此FPGA 501的控制逻辑需要负责计算DDR SDRAM 502的实时剩余容量， 及时暂停数据流的写入， 保 证虚拟化的FIFO不会发生数据溢出。 0021 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。

38、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FPGA 401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FPGA 401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。 0022 说明书附图图3是本发明实施例的可变帧率的激光吸收光谱层析成像系统的帧率 调节示意图， 其中触发信号201来自主控模。

39、块107， 触发信号时间间隔为Tr； 激光器的扫描过 程202的时间是固定的， 完成一次扫描的扫描时间为Ts； 两次扫描之间为激光器的等待过程 203的时间为Tr-Ts。 0023 主控模块107生成一定时间间隔Tr的触发信号201， 发送到激光器控制模块104和 数据采集模块106， 激光器控制模块104接收到触发信号201后， 立即控制可调谐二极管激光 器105按照预设的扫描波形进行扫描， FPGA 301内部锁相环生成的计时模块308进行计时， 扫描过程在Ts内完成， 之后可调谐二极管激光器105处在不发光状态， 时间为Tr-Ts直到接收 到新的触发信号201； 数据采集模块106接收到。

40、触发信号201后， 立即对光电探测器阵列103 的输出按照一定采样率进行量化采集， FPGA 501内部锁相环生成的计时模块507进行计时， 使得采样时间为Ts， 之后数据采集模块106处在不采集状态， 时间为Tr-Ts直到接收到新的触 发信号201； 上述过程不断循环直到数据采集模块106搭载的片上存储器DDR SDRAM 502容 量用尽。 0024 扫描过程202的持续时间Ts可以根据所选可调谐二极管激光器105的工作特性确 定， 测量前需要测试可调谐二极管激光器105的频率响应特性， 确定合适的扫描时间Ts， 以 覆盖测量吸收光谱所需的足够波数范围。 触发信号的时间间隔Tr大于等于扫描时间Ts， 可变 帧率的激光吸收光谱层析成像系统的帧率最高可达1/Ts。 0025 以上对本发明及其实施方式的描述， 并不局限于此， 在不脱离本发明创造宗旨的 情况下， 任何熟悉本技术领域的人员在本发明公开的技术范围内不经创造地设计出与该技 术方案类似的结构或实施例， 均属本发明保护范围。 说明书 5/5 页 8 CN 111024615 A 8 图1 说明书附图 1/2 页 9 CN 111024615 A 9 图2 图3 说明书附图 2/2 页 10 CN 111024615 A 10 。