可调谐二极管激光吸收光谱技术中的波长调制方法具有适应恶劣环境以及灵敏度高等特点,在气体浓度测量方面得到了广泛应用。与常用的正弦波调制相比,三角波调制方式具有更高的灵敏度,但一般采用标定的方法来实现气体浓度的测量。提出了基于三角波调制的免标定波长调制方法,建立了分布反馈激光器在三角波调制下的频率响应模型。实验结果表明,使用所提频率响应关系式可使标准具信号拟合结果的相对残差小于0.4%,一次谐波归一化二次谐波信号拟合结果的相对残差小于1.2%,证明了该模型的可行性;实现了基于三角波调制的CH₄气体浓度的免标定测量。

可调谐二极管激光吸收光谱技术一般采用双线法同时测量气体的温度和物质的量分数。然而在频分和时分复用这两种方式下,双线法易存在频率串扰和降低时间分辨率等问题,在实际应用中有一定的局限性。针对此问题,提出了基于波长调制光谱技术的免标定单线测量法,只用一条吸收谱线即可实现对气体温度和物质的量分数的同时测量。以燃烧过程中的主要产物CO₂为目标气体,选择中心频率为5007.787 cm ^-1的吸收谱线R(50)进行实验验证。从扣除背景的峰值归一化二次谐波信号的线型中提取温度信息,再利用扣除背景的一次谐波归一化二次谐波信号提取CO₂的物质的量分数。实验结果表明,免标定单线法与热电偶测量的温度最大相对偏差小于2.5%,物质的量分数的最大相对偏差小于2.8%。验证了用免标定单线测量法同时测量CO₂的温度和物质的量分数是可行的。

基于光场成像技术的场景三维深度重建, 需标定光场相机的几何参数。本文提出一种基于原始光场图像的聚焦光场相机的标定方法。拍摄标定板不同旋转角度的原始光场图像; 根据图像上像点与虚拟像点(像点关于微透镜的共轭点)的共轭关系, 计算得到虚拟像点的坐标; 根据标定板上角点与虚拟像点的共轭关系, 建立聚焦光场相机标定模型; 利用Levenberg-Marquardt算法求解标定模型, 进行标定实验; 比较所提方法与基于全聚焦图像的标定方法的标定参数。结果表明, 原始光场图像与全聚焦图像对应的虚拟像点(角点关于主透镜的共轭点)之间的误差小于21 pixel, 角点的标定误差小于3%, 基于原始光场图像和全聚焦图像方法获得的结构参数和外部参数具有较好的一致性, 表明基于原始光场图像的标定方法的可行性。

快速准确地测定煤质硫含量，可为企业、环境监督部门提供重要的技术依据。国内外已有多种煤质硫含量分析仪器，但或多或少存在令操作人员不满意的地方。提出一种基于紫外(UV)差分吸收光谱(DOAS)的煤质硫含量测量方法。针对分子数分数测量范围宽、光程短等问题，在传统算法的基础上，提出基于有限脉冲响应(FIR)滤波和四阶多项式非线性补偿的改进DOAS算法。搭建了实验测量系统，对5种标准煤样进行了实验研究。结果表明，测量系统的下限为0.014%，能够去除烟尘和背景气体的影响，降低系统的维护量，单次测量时间在4 min左右，测量系统的重复性满足国家标准的要求。

彩虹技术是一种可同时测量液柱折射率和粒径的实时、非接触方法。建立了定量描述彩虹信号的低频分量与德拜理论(p=2)模拟信号重合程度的目标函数，在此基础上提出一种基于德拜理论(p=2)的液柱参数彩虹技术反演算法。反演算法以经验公式的计算值为初始值，根据目标函数不断寻优获得优化结果，并通过米氏散射理论进一步优化得到反演结果。在折射率变化范围为1.32~1.56、半径变化范围为50~500 μm时，进行数值模拟和实验研究。结果表明，半径的相对误差在8%以内，折射率误差绝对值小于5×10-4，半径的测量下限为60 μm。

过去几十年中差分吸收光谱技术(differential optical absorption spectroscopy, DOAS)在大气污染物监测方面取得了成功应用。 文章提出了根据差分吸光度最大值(OD′m)设定阈值的思想, 将传统DOAS算法与基于卡尔曼滤波的DOAS算法相结合, 利用两种算法在相同信噪比下具有不同反演精度的特点, 在保证测量精度的前提下提高了DOAS系统的检测极限, 较好地解决了短光程下低浓度气体的测量精度问题。 在常温常压和流动状态下, 对烟气中的SO2浓度测量进行了理论和实验研究。 研究结果表明, 改进的DOAS算法在OD′m<0.048 1时, SO2浓度测量精度较高, 测量下限可低于28.6 mg·m-3, 零点漂移低于2.9 mg·m-3； 传统DOAS算法在0.048 10.927 2时的SO2浓度测量都存在较大的误差, 必须进行线性度校正。

差分吸收光谱法(DOAS)应用于固定污染源烟气排放在线监测时,由于烟气中烟尘颗粒物含量较高,烟尘颗粒物Mie散射引起的消光对准确反演气体浓度应有一定影响。通过对1～10 μm烟尘颗粒物Mie散射对DOAS影响的数值模拟和实验研究得出,烟尘颗粒物的散射光强与颗粒粒径分布、颗粒数密度有关,随着颗粒粒径和颗粒数密度增加,气体的差分吸收度随之而增加,差分吸收度曲线的频率特性发生变化,传统DOAS算法中的应用多项式滤波已无法消除颗粒物Mie散射对气体差分吸收度的影响,气体浓度的反演结果远远偏离真实值。

对彩虹测粒技术的参数反演进行研究,提出了一种新的参数反演模型和算法。新算法基于经验模态分解(EMD)的去噪技术,能在较低信噪比(SNR)条件下有效滤除噪声干扰,并能有效避免信号损失和信号的空间偏移;提出了一种特征点提取技术,能有效压缩反演计算量;提出了基于电磁散射中德拜（Debye）理论的反演最优点搜索算法,能较精确迅速地找到反演最优点;提出了基于米氏（Mie）理论的参数精确反演,大大提高了反演的准确性,降低了折射率的反演误差,扩大了算法适用范围。为验证算法精度,模拟分析了直径范围35 ～900 μm,折射率范围1.32～1.34的水液滴在不同噪声环境下的参数反演。结果表明,在信噪比高于40 dB的情况下,直径反演结果可精确到1 μm,折射率反演结果可精确到小数点后三位;当信噪比降至5 dB时,直径反演最大误差小于10％,折射率反演最大误差小于0.1％。

对基于彩虹现象的光学颗粒测量进行研究,提出了一种新的参数反演模型和算法,可同时测量颗粒的粒径和折射率。新算法基于经验模态分解的去噪技术,并采用一种特征点提取技术和基于Debye理论的反演最优点搜索算法,能较精确的迅速找到反演最优点。数值模拟结果表明,当信噪比降至5 dB时,直径反演最大误差小于10％,折射率反演最大误差小于0.1％。对不同温度下自由下落的水滴进行实验研究,水滴由波长532 nm功率14 mW的连续激光源照射, 产生的彩虹光线经大口径透镜收集,被位于透镜焦平面的CCD相机接收。实验结果同样表明此测量方法具有较好的精度和可靠性。

差分光学吸收光谱法(DOAS)应用于固定污染源烟气排放监测时，烟气中污染气体SO₂浓度较高将产生非线性吸收问题。提出了一种非线性补偿方法，即将实际浓度所对应的气体分压与反演结果所对应的气体分压之比与反演结果之间的对应关系拟合成补偿函数，利用此补偿函数对反演结果进行非线性补偿。实验结果表明：该补偿方法能较好地减低高浓度气体非线性吸收产生的影响，可提高气体浓度反演精度。