为了避免在装配中夹持力过大损坏产品或太小产生滑落的问题, 采用了光纤传感智能感知的方法, 设计了一种基于正交光纤光栅阵列的负载感知系统。感知模块采用光纤光栅两两相互垂直的方式排布, 获取夹持平面两个正交方向的横向剪切力, 从而分析夹持状态。实验中采用两个5.0cm×5.0cm的橡胶块制成负载感知模块, 通过仿真定量分析了不同参量对夹持控制的影响程度, 得到了光纤光栅的有效长度与敏感度成正比、与空间分辨率成反比的规律。结果表明, 垂向灵敏度为31.4pm/N, 水平灵敏度为29.9pm/N,该系统可实时获取被夹持物的受力变化。该结果对智能调节控制是有帮助的。

与可见光自动聚焦系统相比，红外自动聚焦系统的核心问题在于因红外探测器特殊的成像原理，聚焦过程被分为由远及近聚焦和由近及远聚焦。针对这两个过程所使用的自动聚焦函数，在分析各自聚焦函数曲线特征的基础上，运用灵敏度、陡峭区宽度、陡峭度、平缓区波动量和时间 5个针对性的评价指标，对常用的 13个典型的清晰度评价函数进行定量分析，提出适合两个聚焦过程的最优函数。结论表明：在由近及远的聚焦过程中，FLaplace可作为该过程的最优函数；而由远及近的聚焦过程中， FLaplace和 FSML可作为最优函数的选取。

CN自由基在碳化物的燃烧过程中一直扮演着重要的角色。采用量化计算方法对CN自由基进行了从头计算。首先利用Hartree-Fock自洽场方法进行轨道计算,再使用完全活性空间自洽场对轨道进行优化,然后采用多参考组态相互作用的方法计算了在006到07 nm的核间距范围内CN自由基3个低激发态(X2Σ+,A2Π和B2Σ+)的势能曲线。为了进一步提高计算的精度,考虑相对论效应选择aug-cc-pV5Z-dk相关一致基组。求解径向薛定谔方程,得到了各电子态振-转能级的能量和振-转常数,并拟合获得这些电子态的光谱常数(Te,Re,ωe,ωeχe,Be,αe)及Franck-Condon因子,其与实验结果基本一致。同时,计算CN自由基A2∏-X2∑+的跃迁偶极矩,并得到5个低振动能级的辐射寿命τ和振子强度f00。计算获得辐射寿命为～4 μs,与实验测量结果符合较好,为研究燃烧过程中动力学行为提供了理论依据。

为了研究CN自由基B2Σ+~X2Σ+光谱及温度随着条件的变化规律, 采用激光诱导击穿光谱的方法, 击穿空气环境下的高纯石墨产生CN自由基, 并用高分辨率光谱仪测量其B2Σ+~X2Σ+的发射光谱, 改变激光能量和激光焦点位置研究不同条件下的CN自由基光谱。结果表明, 激光能量从30mJ调谐到50mJ, 增加步长为5mJ, 光谱强度随着激光能量的增大变强; 单脉冲能量为50mJ时光谱强度达到最大值; 此外, 测量光谱在样品上表面到焦点距离为8mm时, 信噪比达到最大值; 利用LIFBASE软件对光谱数据进行拟合, 得出CN自由基的振动温度的量级约为104K, 转动温度约为4000K; CN自由基的振动温度随着距离的增加整体呈现下降的趋势, 而转动温度呈现上升的趋势。这些结果对研究宇宙星体和探索高温化学反应有重要作用。

石蜡材料在造型及涂敷过程中, 长时间处于熔融状态, 与空气接触易氧化变质。为了准确研究石蜡内部结构, 利用光纤光栅传感器体积小、外形可变且易于埋入结构内部等特点, 设计了基于光纤光栅的石蜡熔-固态温度/应变无损监测系统。实验结果表明, 石蜡内部温度从90℃下降至40℃左右时, 应变仅改变170με; 从40℃下降至25℃时, 100min内应变改变750με, 并且温度和应变呈线性关系。

热像仪主要依据红外辐射定律对物体由于温度产生的红外辐射进行测量, 是非接触式测温方式的一种方法。在保持其它影响测温精度因素不变的条件下, 通过保持热像仪稳定输出来提高精准度。实验采用黑体作为目标辐射源, 并将温度设定后保持不变。保持热像仪与辐射源的位置固定不变, 只调节聚焦程度来采集数据。分析热像仪聚焦程度对其输出值的影响, 通过分析可以看出对于均匀的辐射目标源, 当热像仪离焦时各个随机点输出的值不一致。只有当其在聚焦的状态下, 随机点及区域输出的值才趋于稳定。并计算各点的在不同聚焦程度下的变异系数及区域内方差, 进一步确定热像仪输出值的稳定性。实验表明: 热像仪聚焦程度对其输出值有较大影响, 利用文中聚焦程度与变异系数、区域内方差的计算对于判别热像仪输出值的稳定性具有一定的作用。

研究了一氧化碳(CO)近红外波段直接吸收和波长调制信号去噪处理算法。 从HATRAN数据库中得到CO气体的吸收信号作为仿真数据, 提取直接吸收信号、 1-f和2-f解调信号作为原始信号, 研究了不同小波基以及不同的分解层数对叠加高斯白噪声的光谱信号去噪的效果。 最后利用基长为0.95 m有效光程为55.1 m的Herriott型多光程池对CO在1.578 μm处的第二泛频带P(4)吸收谱线信号进行测量和信号处理, 与原始信号相比, 经过信号处理过的直接吸收、 1-f和2-f解调信号的信噪比都提高1～2个数量级; 通过选择不同小波基和优化小波变换层数, 增加了系统的抗干扰能力。

为了实现对光纤光栅回波光谱分布的控制, 利用传输矩阵法构建了分段调制折射率的数学模型。 通过在各个分段中以不同形式的折射率调制组合实现对回波光谱分布的控制, 研究了基于不同折射率分布条件下的谱形特性, 为实现获取任意形态的Bragg光谱分布提供了理论支撑。 系统结合耦合模理论与矩阵传输算法, 当分段后子光纤光栅尺寸符合边界条件时, 即仍可应用耦合模理论计算, 同时又可以将多段的耦合方程以正、 反向模式的形式通过矩阵函数进行表达。 由此可知, 虽然任意折射率调制组合构成的整个光纤光栅不具备通解形式, 但分段后的子光纤光栅具有可解析的特性, 同时再利用矩阵传输算法可以将m段子光纤光栅的正反向模式进行计算, 就能将任意形式光纤光栅的折射率调制函数转化为传输矩阵组, 再对其反射率分布场进行解析。 最终, 可以得到整个光纤光栅的等效正、 反模式, 即实现回波光谱分布的控制。 由理论部分可知, 回波光谱分布特性主要受正反向导模耦合系数、 纤芯位置、 分段数决定, 可由(z)和k(z)表示。 通过MATLAB仿真分析可知, 两参数在(0, 1)范围内对反射率函数具有明显的调制作用。 随着控制参数阶数的增大, 反射率调制斜率也会增大; 当k(0.38, 0.48), (0.52, 0.58)时, 反射率调制符合单调特性。 从而得到了不同控制参数条件下反射率函数的分布变化, 讨论了耦合系数对回波谱形控制的量化效果。 实验利用AVESTA公司的Ti: Sapphire飞秒激光器完成了四种不同结构光纤光栅的制作, 采用了四种折射率分段调制的FBG结构, 分别是: ①在m段中Λ1和Λ2交替均匀分布; ②在m/2段中Λ1和Λ2交替均匀分布, 其余段随机分布; ③在m/2段中Λ1和Λ2随机分布, 其余段也随机分布; ④在整个光纤光栅段折射率随机分布。 对以上四种FBG的回波光谱分布进行测试与比较, 可知采用分段折射率调制对Bragg光谱特性的作用效果。 实验结果显示: 当以矩阵组形式的FBG若在m段分布时, 则与传统串联型均匀FBG测试效果一致, 具有两个明显的Bragg特征峰; 而矩阵组在m/2段中分布时, 测试光谱仍能明显获取折射率调制特征信息, 即存在两个Bragg特征峰, 但峰峰值减小, 噪声谱增大, 半宽变窄。 同时, 相比交替模式而言, 随机分布形式此种变化趋势更为明显。 由此可见, 通过控制矩阵组分布对回波谱形中特征峰值、 半宽及功率谱进行调制。 该方法在预先设计折射率调制矩阵的条件下, 可以对Bragg光谱分布进行精确控制, 实现目标回波谱形的获取。