为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈，融合一维光学位置传感器（Position Sensitive Detector，PSD）建立了平面3自由度非接触测量系统，对其测量原理，信号处理电路，环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特性和平面3自由度测量要求设计了4-PSD测量系统，并建立测量系统数学模型。研究了PSD传感器的信号处理电路，通过运放和除法器实现了单个PSD的信号处理，结合单片机与A/DC采样电路，实现了上位机的高频率信号采集。对4-PSD测量系统进行预实验，为消除环境光干扰，通过激光调制和数字滤波等方法进行验证。最后，通过激光位移传感器标定4-PSD测量系统，介绍了4-PSD的标定步骤（原点、转角、长度和二阶非线性标定），测定了系统标定后的误差分布。该测量系统具有较高的测量频率（50 Hz）。标定实验结果表明：标定后的4-PSD测量系统在70 mm×70 mm内，测量精度平均为0.49 mm，比标定前降低了90%的误差，能满足大部分高速、高精度机器人末端的非接触式实时测量反馈需求。

在机载光电转台、多自由度摇摆台等系统中，对于一些运动体与基座间没有确定的回转轴的柔性支撑、并联支撑平台，需要考虑非接触三轴角度测量方法，目前大部分的光电非接触三轴角度测量方案系统复杂，占用空间大，无法适用于如机载、星载等载荷对体积、质量敏感的场景。为此，文中提出了基于双位置敏感探测器（PSD）的非接触三轴角度测量方案，使用准直镜头汇聚、双面反射光楔反射，将光源在两片PSD上汇聚成像，利用PSD上的光斑位置坐标反解出三轴角度。描述了其工作原理以及传感器构成，分析了因两片PSD的相对位置偏移产生的误差，提出了对应补偿方法以减少焊装产生的PSD位置偏移对测量精度的影响。主要对采集的PSD模拟信号值的抖动噪声进行FIR滤波处理，分析了滤波器的相频响应特性，并在MCU中测量相位滞后时间以及滤波器的响应带宽，验证了该数字滤波器在系统内拥有较好的实时传输特性。自准直测量单元总质量为230 g，尺寸为50 mm×50 mm×50 mm。实验结果表明，34阶FIR滤波器将角度测量的误差减小至60%，在±2°测量范围内单轴测量时，方位角、俯仰角、横滚角的误差均方根分别为0.003°、0.007°、0.017°，组合测量时分别为0.006°、0.009°、0.021°，文中所提出的三维测角传感器精度较高，满足机载等场景的使用要求。

采用二维位置灵敏的微通道板探测器对能量为1500 eV的低能电子束穿过孔径为400 nm、未经照射过的的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微孔膜后的全角分布以及时间演化进行了测量，同时采用自制的积分式能谱测量装置测量了穿透电子的能量分布。实验结果表明：在充电阶段，当入射电子束束流较弱时，透射电子强度随充电时间逐渐上升；充电过程中，透射电子的角分布宽度由小变大，但是角分布中心基本不随膜的倾角移动。对出射电子达到平衡态时的电子能谱的测量表明，穿透电子的能量保持着入射时的能量。对于理解电子在绝缘体微孔中的传输给出了新的实验证据，给出了可能形成“导向效应”的微孔内部电场的条件。

在辐射成像中准确估计射线与探测器相互作用的空间位置是保障成像质量的关键步骤。为进一步提升辐射作用事件的定位效果，有效抑制重心法在辐射事件作用位置靠近探测器边缘时造成的定位偏移，针对Si-PM阵列构成的位置灵敏探测系统建立了基于响应函数的定位算法。搭建了基于CsI阵列与Si-PM阵列构成的位置灵敏探测器和基于ASIC的电子学读出系统，使用等效电阻网络简化了Si-PM阵列的输出信号数量， 通过实验获得了辐射事件在Si-PM阵列上的响应函数。实验结果表明，在同一条件下使用响应函数法在最边缘像素散点的FWHM仅为使用重心法获得FWHM的46.2%，与中央像素散点的FWHM相当，基于响应函数的辐射事件方法定位效果明显优于传统重心法的定位效果，可有效克服重心法的边缘效应。