提出了一种基于二维振镜与位置灵敏探测器的高精度激光跟踪系统;基于光线追迹方法建立跟踪系统的几何光学模型,并对跟踪系统进行误差分析,通过仿真对激光跟踪系统的指向精度以及跟踪性能进行分析。仿真结果表明:在跟踪距离100 m处,跟踪系统的位置指向精度可达0.35 mm,角度指向精度为0.72″,跟踪范围为-10°~10°,最大跟踪速度可达3.6 rad/s,能够实现对远距离快速运动目标的高精度实时主动跟踪。

基于光学系统对跟踪探测的影响,结合仪器功能,提出了一种基于胶合透镜减小跟踪偏移量的方法,实现了对飞秒激光跟踪仪跟踪光路的优化;改进了准直扩束光路,细化了光学系统,分析了优化后光学系统在接收功率和杂光方面对跟踪探测的影响机理。基于优化的光学系统设计,搭建实验系统进行了探测实验。实验结果表明,补偿后的跟踪探测精度可达3 μm,这满足仪器精密跟踪要求。

针对火炮出厂前的校瞄工作存在自动化程度不高、测试结果分辨率和精度低的缺点, 设计了一种新型激光微角偏移测试校瞄系统。该系统由位置灵敏探测器(PSD)、准直平行激光管与二维精密旋转控制器构成。采用光电转换和信号处理技术, 可实时获取火炮身管轴线的微角偏移量; 利用相对简单的方法完成了高精度的测试, 有效地改善了传统校瞄方法的不足。实验测试结果表明, 该系统可在炮管仰角0°~70°范围内全程测试微角偏移量, 其分辨率可达到0.001°, 可广泛应用于不同口径火炮身管轴线的校瞄工作中。

基于蒙特卡罗的模拟方法,设计了一个基于塑料闪烁光纤阵列的γ射线位置灵敏探测器并对其性能进行了系统的研究.分析了该探测器在高能γ粒子辐照下的康普顿散射特性和圆形塑料闪烁光纤的能量泄漏情况,发现随着入射能量的不同,康普顿边缘峰值也相应变化,并且和入射光子能量一一对应.考虑阵列间粒子串扰的情况下,利用此特性得到该位置灵敏探测器在0.8～7.0 MeV的γ入射能量下,能量分辨率和空间分辨率分别能够达到10%和cm量级.但由于闪烁光纤原子序数较低,在较高能区的探测效率也较低,只有15%左右或更低.这就使得利用闪烁光纤阵列探测器不能同时满足较好的空间分辨率和能量分辨率,两者出现一定的矛盾.

开发了一种基于光电探测技术的风洞模型姿态角光学测量技术, 实现了对姿态角的精确、实时、非接触测量。对激光探测头、模拟试验平台进行了优化设计, 编写了功能齐全的实验软件, 模拟了风洞试验运行实况, 深入开展了一维和二维角度测量实验和分辨率测试实验。实验结果表明, 该技术可对模型变化角度进行实时精确测量, 测量范围达到了-10°～10°, 测量精密度为0.0023°, 测量准确度为0.0026°, 分辨率可达到0.001°。该光学测量技术在风洞模型的角度测量和振动测量实验中切实可行, 为测量风洞试验模型的姿态及振动提供了一种简洁有效的测量方法。

石英晶体在切片过程中由于加工误差会引起两表面的不平行，从而影响对其晶向的判断.为了弥补这种缺陷，需要对上下两表面的倾角进行测量.本文对全自动X射线分选仪的晶体倾角测量问题进行了研究，用位置灵敏探测器探测被晶体反射的激光光斑，推导出了位置灵敏探测器探测到的坐标点随上下晶面夹角的关系式，并进一步分析了不同入射角，不同晶体厚度情况下位置灵敏探测器上的光斑形状.最后得出位置灵敏探测器纵坐标轴上的高度差和上下晶面夹角的近似线性的关系，发现当入射角为20°时误差最小，为5.306 2×10-6 mm，选用这一入射角时的系统分辨率和测量范围分别为1.033″和15′.

高分辨(e,2e)谱仪采用二维位置灵敏探测器同时对能量和角度进行多道测量.二维位置灵敏探测器由级联使用的微通道板和电阻阳极板组成,由于电阻阳极板的边缘效应和制造工艺的缺陷,测量得到的位置图像与实际图像总会有一定的形变,存在一定的非线性.本文针对高分辨(e,2e)谱仪二维位置灵敏探测器输出图像的"桶形"畸变及位置非线性,采用一种简易的冷刻法(用脉冲信号来模拟真实电子束团),检验了二维位置灵敏探测器的Gear型电阻阳极板的线性好坏,并用分割成小三角形的方法找出测量得到的畸变图像与原始真实图像的映射关系,再用此关系对其它测量得到的畸变图像进行修正,并对修正的结果进行了评估.通过修正,由"桶形"畸变所造成的图像扭曲得到明显改善.修正后的x方向非线性由修正前的2.1%变为0.59%.这种检验和修正方法对其它领域类似探测器输出图像的修正也有一定的指导意义.

用弹性散射对多通道(e，2e)谱仪两维位置灵敏探测器的能量和动量响应函数进行了刻度，从住置灵敏探测器输出的两维位置信息中获得了弹性散射的能谱和角度谱，估计了在当前实验条件下的能量分辨和角度分辨。同时，我们用正交多项式的最小二乘法拟合得到了谱仪单路的能量和动量响应函数。