考虑到环类锻件内壁状态对于保证工业的生产安全具有重要作用, 而基于红外光谱的测温方法可以大大提高测温精度, 因此研究基于红外光谱的环类锻件内壁状态监测方法具有重要的意义。为了实时掌握环类锻件的内壁状态, 提出一种红外光谱环类锻件内壁状态监测方法。首先利用红外光谱构建了三级FP型LCTF的测温系统, 通过获取锻件表面辐射的两个单一光谱运用红外双色测温原理实现锻件表面温度的测量。相比传统的测温方法大大提高了锻件表面的测温精度。其次在拉普拉斯导热微分方程的基础上, 运用分离变量法建立了环类锻件内壁状态监测模型;结合红外光谱测温系统测量的温度数据和锻件自身参数信息, 实现了环类锻件的内壁状态监测;最后通过仿真实验验证了所提出方法的可行性, 实现了环类锻件的内壁状态监测, 为保证环类锻件的正常运行提供了理论依据。

提出一种长波红外光谱的温度场测量方法。 将谱色测温原理与三级Fabry-Perot(FP)型Liquid Crystal Tunable Filter(LCTF)相结合， 并对测温理论模型中三组非线性相关方程组所得的解进行了优化， 以进一步减小误差， 使测量值更加客观、 真实； 然后运用液晶双折射可调谐滤光原理， 制作了三级FP型LCTF滤光系统， 该系统在一定的长波红外光谱范围内实现了波长的任意调谐， 从而保证测温系统的响应快速、 准确。 该方法测温前无需知晓被测物发射率， 且能有效抑制背景光辐射和环境光源对测温精度带来的影响， 保证了测温结果的准确性。 最后通过matlab仿真软件验证了滤光系统所得红外光谱符合系统设计要求， 并通过实验验证了该测温方法的可行性， 测温准确性较之传统的单波段红外热像仪得到了提高。

为了实时掌握热处理过程中锻件温度场的变化情况, 提出一种基于红外光谱大型筒类锻件温度场检测方法。 在传热学的基础上, 运用分离变量法建立了大型筒类锻件热处理过程中的温度场检测模型; 利用红外光谱构建了基于三级干涉滤光器的大型锻件红外光谱测温系统; 结合红外光谱测温系统测量的温度数据和锻件温度场检测模型, 实现了锻件热处理过程中温度场的检测; 最后通过仿真实验验证了本文提出方法的可行性, 实现了热处理过程中锻件温度场的检测, 为热处理工艺的正确实施提供了理论依据。

针对大型热态锻件在锻造过程中表面有较厚的氧化皮包裹, 导致测温数据存在较大的误差, 提出了一种基于红外光谱的测温方法, 能有效的消除氧化皮层对测温的影响。 该方法通过接收锻件氧化皮表面辐射的红外光谱直接测量氧化皮表面的温度和发射率, 然后利用热交换公式推导求出被氧化皮覆盖的热态锻件真实温度。 为了更好的抑制接收的红外光谱中各种干扰光谱的透过, 提出了三级干涉滤光系统, 并利用光谱仿真获得一组最优间隙参数值, 提高了测温精度。 实验结果表明, 该测温方法能够准确测出覆盖有氧化皮高温锻件表面的温度, 满足测温精度要求, 验证了该测温方法的可行性。

目前红外测温方法难以消除复杂环境下外来辐射的干扰， 导致测温精度低， 设计了一种高精度的红外测温系统。 该系统提出了由宽带滤光片和三级干涉滤光器结合的滤光方法， 根据该方法对高温物体发出的近红外光谱进行滤光， 将高温背景光和环境干扰光滤掉， 得到两个单色光谱， 经红外探测器接收获得其辐射功率比， 通过计算得出物体温度。 该系统透过的单色光谱带宽仅有1 nm， 将透射光谱以外的背景光辐射和环境光源辐射抑制达8个数量级， 降低了因被测对象周围环境升温引起的测温误差， 提高测温系统的精度。 最后通过实验验证了该测温系统的可行性， 精度达0.2%。

为了高精度地实现大量程的位移测量，采用传统激光三角法的测量原理，提出一种基于虚拟探测器的激光三角法来测量位移。该方法基于3个CCD分段测量的思想，将3个CCD互相独立且沿光轴均匀分布，以此扩大传统方法测量的范围。使用平面反射镜作为虚拟探测器进行探测，当成像光束经平面镜反射后在CCD上成像时，系统相当于增加了一个CCD，扩展了测量量程。由准直系统、偏振片、光阑组成准直滤光系统，缩小探测器光敏面上像点的直径，减小被测表面非理想光点对测量精度的影响，从而实现了较高精度下的大位移测量。最后通过实验验证了方法的可行性。