为了实现对甲烷体积分数场的2维分布重建, 基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)检测技术, 以甲烷为目标气体, 采用直接吸收的测量方式, 探测了甲烷氮气混合气的吸收光谱信号, 通过代数重建算法对甲烷体积分数进行了模拟重建和实验研究, 模拟重建采用了6×6共36个方格的正方形重建区域, 假定一个方形区域内具有空穴的体积分数分布, 模拟24条光束从4个方向穿过重建区域, 获取了模拟光线下的投影值。结果表明, 经过重复实验统计均方根误差在2.58%, 对模拟投影信号加入不同信噪比(5%, 10%, 20%)的高斯白噪声之后再进行重建, 均方根误差分别在4.17%~9.30%之间; 实验研究采取面源泄露式扩散方式, 并通过在中心附近放置石英柱的方式人为制造体积分数空穴, 形成非均匀体积分数场, 通过对放置障碍物前后的重建结果对比, 能够看到在空穴位置有明显的体积分数下降。TDLAS技术与计算机断层重建技术在气体体积分数场的局部分布检测上有可行性, 具备作为有毒有害气体云团体积分数分布检测手段的潜力。

为了实现对气体浓度场二维分布重建，基于可调谐半导体激光吸收光谱技术，以甲烷作为目标气体，选取1653.72 nm 的吸收峰位，采用直接吸收的测量手段，探测了浓度为2.97%的甲烷近红外光谱信息，通过断层重建算法对甲烷浓度场进行了模拟重建和实验研究。模拟重建采用了12×12 共144个方格的正方形重建区域，假定了一个方形区域内的具有多个空穴的浓度分布，模拟72 条光束从4个方向穿过重建区域，获取模拟光线下的投影值，经过实验统计代数重建算法均方根误差为5.58%，模拟退火算法均方根误差为8.38%；对模拟投影信号加入不同信噪比的高斯白噪声之后再进行重建，均方根误差在9.17%～15.30%之间。实验装置采用面源泄露扩散方法，通过在中心附近放置石英柱的方式人为制造浓度空穴，形成非均匀浓度场。通过对代数重建算法和模拟退火算法的重建结果对比，能够看到模拟退火算法在近红外吸收光谱层析重建方法中的应用可行性。

光纤布拉格光栅(FBG)已广泛应用于应变参数测量中，但非均匀应变易引起FBG光谱变形而无法进行波长检测，因此需重构沿FBG的应变分布。针对应变分布重构效果差且收敛速度慢的难题，在深入研究改进遗传算法的基础上，提出基于FBG光谱中心波长位置与反射率双重约束的应变分布重构理论，显著改善了重构的非唯一性和置信度。同时，假设应变分布为多项式形式，通过对多项式系数的重构实现应变分布的重构，大大提高了重构的速度。在此基础上开展了应变分布参数重构仿真实验，多项式系数重构误差均小于1.5%；结合两端固定压杆调谐光纤光栅实验，验证了该应变分布重构方法的有效性、适用性和可操作性，形成了一种快速有效的应变分布重构方法。