扫描光栅微镜是微型光谱仪的新一代核心分光器件。基于固定光栅分光的微型光谱仪由于采用阵列探测器在近红外波段价格昂贵，严重制约了近红外光谱分析技术的推广应用。本文提出了一种电磁式扫描光栅微镜，该器件采用微纳加工工艺，集光栅、驱动结构、角传感器于一体，可实现单管探测器替代阵列探测器。建立了电磁式扫描光栅微镜的理论模型，分析了梁尺寸、镜面尺寸等主要结构参数对器件性能指标的影响，获得器件的设计参数。使用微纳加工方法制作电磁式扫描光栅微镜芯片，并测试了性能指标。实验与理论结果表明：当器件扫描角度为±7°，光谱达800~2 500 nm，闪耀波长附近的衍射效率≥70%，角传感器的控制精度≤0.05°，为应用于微型近红外光谱仪提供了一种有效方案。

使用差分吸收光谱技术(Differential optical absorption spectroscopy, DOAS)进行工业在线气体检测,在气体浓度较低时,其光谱吸收不明显, 信噪比较低,通过传统方法来对工业气体浓度进行反演,预测结果难以满足工业应用具体要求。针对SO2气体的差分吸收光谱特点, 采用氚灯作为光源,采集189.73～644 nm波段内的标准浓度SO2的吸收光谱高维数据,选取吸收光谱数据并进行预处理,然后 利用训练集数据建立深度信念网络模型进行低维特征提取。在此基础上,利用训练数据的低维嵌入特征构建极限学习机反演模型, 实现SO2气体浓度计算,并对该模型进行了有效性测试,从而得到一种更加精确的SO2气体浓度在线检测方法。

介绍了一种基于差分吸收光谱技术（DOAS）的烟气浓度反演方法，将该方法应用于实际的多组分气体检测中。文中使用短光程和分辨率较低的国产光谱仪，在信噪比较低的情况下，应用DOAS算法，设计了基于最小二乘法的NO和SO2混合气体浓度计算方法; 详细介绍了NO和SO2气体的差分吸收截面获取方法，详述了SO2和NO混合气体在不同波段的浓度反演方法; 在常温常压下，实现了单组分SO2、NO气体和混合气体的在线实时监测。实验结果表明，方法能够检测短光程下（300mm）的单组分SO2、NO气体和混合气体，检测结果比较稳定，误差较小。

传统的差分吸收光谱(DOAS)算法对于短光程、低浓度的气体测量存在较大的误差。为了提高测量精度, 将基于差分吸收光谱技术的浓度反演算法应用于烟气SO2的在线监测中。在DOAS算法的基础上, 设计了基于最小二乘法的SO2浓度计算方法, 同时为了节约测量成本, 使用短光程和低精度光谱仪进行测量, 对低浓度SO2气体进行了光谱测量和浓度反演实验。实验结果表明, 在低浓度0~10-6的量程内, 测量值的绝对误差在2/106左右, 相对误差在5%以内, 测量结果较稳定。该算法在短光程下对低浓度的SO2气体具有较高的测量精度, 可以准确、快速地实现SO2气体的在线测量。

为了实时监测工业烟气中SO2的排放, 设计了一种基于差分吸收光谱技术的SO2浓度分析系统。该系统采用差分吸收光谱技术原理, 在深入研究差分吸收光谱数据处理方法的基础上, 在实验室状态下获取了与仪器分辨率相匹配的SO2标准吸收截面, 采用光路反射设计和透紫石英镜片, 改进了气体池结构。结果表明, 该系统的实时测量浓度值与标准浓度值有较好的一致性, 能够满足对SO2气体排放的高精度实时监测要求。

由于基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的激光气体分析仪的二次谐波信号中存在较大的系统噪声, 本文利用有限长单位冲激响应(FIR), 提出了激光气体分析仪的二次谐波在线滤波方法。在分析FIR数字滤波器原理的基础上, 利用MATLAB窗函数设计了适合本激光气体分析仪的数字滤波器。然后, 将仿真的FIR数字滤波算法移植到激光气体分析仪嵌入式系统中。最后, 比较了滤波前后二次谐波信号波形, 说明了在激光气体分析仪嵌入式系统中采用基于FIR数字滤波器滤波算法的可行性。实验结果表明: FIR数字滤波器对一组二次谐波信号进行滤波的运算时间为230 ms, 滤波后的二次谐波信号波形获得了较好的去噪效果, 能够满足激光气体分析仪对含有噪声的二次谐波信号进行平滑去噪的要求, 且滤波算法结构简单、运算时间短、可移植性强。