激光技术测量是实现传送带、热轧钢板等运动物体测速的主要手段, 为了改善测量精度和响应速度, 提出系统传递相关分析测速技术。采用计算发射端和接收端之间两路信号的系统传递函数进行相关性分析的方法, 进行了理论验证和实验分析, 得到了相对误差小于0.1%的实验结果。结果表明, 利用系统传递函数相关分析构建激光测速系统, 代替解调电路, 简化信号调理电路, 可降低电路部分引起的不确定度; 互功率谱函数法实现快速相关分析和频域求得系统传递函数, 可提高系统响应速度; 合理设置发射端间距, 取样积分提高测量信噪比, 降低环境引起的不确定度, 测量不确定度小于0.2%。该研究对传送带速率的实时测量有一定指导意义。

为了实现机床在加工状态下主轴径向跳动非接触、高精度的测量, 采用光外差法光路的激光多普勒差分检测方法, 进行了理论分析和实验验证。直接耦合和透镜耦合的全光纤光路的应用, 降低了布喇格衍射光路的调节难度, 提高了测量分辨率和抗干扰能力, 减小了噪声; 光纤分光器实现了同一轴线上的差分测量, 抑制了因测量光路本身的振动带来的干扰。得到了相对误差为0.0838%的主轴径向跳动测量结果, 实现了纳米级跳动误差测量。结果表明, 系统的相对误差和测量不确定度均小于0.1%。该研究对主轴径向跳动的实时测量有一定的指导意义。

转轴振动的测量和监控是旋转机械故障分析和诊断的主要手段。为了实现便携式高精度的现场测量, 提出了电子直接调制的激光多普勒相干转轴振动测量技术。通过对测量系统的分析, 推导出数学模型。结果表明, 直接调制激光束的频率, 简化了测量光路, 减小了体积, 降低了成本; 采用激光多普勒相干测量, 达到高分辨率的要求; 二次混频的设计, 解决了电磁干扰下微弱信号不好直接处理的难题; 取样积分技术的应用, 改善了信噪比, 使系统精确度更高; 该系统的测量不确定度小于0.1%。这对智能化的现场测量具有一定指导意义。

为了实现主轴振动实时非接触测量技术的智能化, 提出了一种基于移动终端操作系统的振动测量方案。改进了激光三角法振动测量模型, 推导出被测物体的振动位移变化量和反射光斑位移变化量成线性关系。设计了振动测量系统, 通过WIFI进行数据传输, 提高了数据的安全性, 实现了远距离传输。设计了移动端软件, 减小了振动测量系统的体积, 采用滑动平均滤波法消除了周期性干扰。根据信息论进行不确定度分析, 采用信息熵表示不确定度。经过实际测试, 该系统的测量不确定度为2.66 bit。研究结果对振动测量方案的设计具有一定的指导意义, 为相关机械领域中振动测量的后期深入研究奠定了理论和试验基础工作。

表面粗糙度对机械产品的使用性和可靠性有重要影响。为了实现远距离测量零件表面粗糙度，采用基于激光多普勒效应的电子直接调制激光的相干法进行了表面粗糙度测量。应用激光多普勒效应克服了工作距离的影响；使用电子直接调制提高了测量速率，降低了成本；采用相干法实现了交流锁相放大，有效控制了系统噪声。经过测量过程的统计误差控制、标定和比较可知，所设计的系统测量不确定度可达1‰。结果表明，该技术具有远距离测量且精度高的特点，对表面粗糙度的测量具有一定的指导意义。

表面轮廓的测量可以评定零件表面的光滑程度，为了实现高精度测量，提出了应用电子直接调制激光束的频率和外差相干的方法对表面轮廓进行测量。采用差动多普勒的测量原理，实现数字测量及光路补偿；电子直接调制激光束频率的技术减小了系统体积，降低了成本；光纤传输提高了抗干扰的能力；测量信号的跟踪放大，提高了分辨率。通过电路调试并对产生误差的项进行分析补偿。实验表明，该技术的测量不确定度小于0.1%。

为实现对工件表面微观形貌测量系统要求远距离传输、实时在线及非接触测量，同时达到高精度、高分辨力、高信噪比测量，提出基于声光调制的光纤外差法轮廓检测技术，采用外差法可有效抑制随机噪声，提高信噪比，通过原理分析建立数学模型; 系统设计画出工件表面粗糙度测量框图; 实验测量得出被测工件表面粗糙度，分辨力达到1 nm; 讨论了不确定度来源及控制方法，测量精度为1‰。实验结果表明: 外差法、声光调制及光纤测试技术可有效降低噪声、提高分辨力和测量精度。