锂离子电池运行期间尤其在高放电倍率下产生的热量会导致温度大幅上升，仅仅依赖于单体电池表面的温度监测不能为电池管理系统提供最准确、最可靠的传感数据。对锂离子电池原位监测是防止锂离子电池热失控的最有效的方法之一，将传感器置于锂离子电池的热源核心处，可第一时间感知温度变化。在18650圆柱体锂离子电池内部中心处埋入光纤复合温度传感器，利用同一根光纤上的法布里-珀罗空气腔消除布拉格光栅传感机理固有的温度与应力交叉敏感，实验结果表明，在电池充放电阶段可以实时监测电池内部温度变化，光纤传感器与电池内部电芯相容性较好，可以满足大尺度锂离子电池集成组件的健康状态长期监测。

翘曲变形与开裂是激光沉积制造大型整体结构的瓶颈，限制了该技术的发展。为解决这一难题，笔者基于表面形貌监测系统提出了一种翘曲变形原位检测及开裂预测新算法。通过坐标系校准、滤波降噪、曲面重构等实现了原位检测与数据预处理，采用旋转切片和平行切片两种方案求取切片与重构表面的交线，计算交线的翘曲角与翘曲角变化量，根据翘曲阈值与开裂阈值判定翘曲变形并预测开裂。设定的阈值与制件尺寸呈反比关系，与翘曲度呈正比关系。实验结果表明：翘曲样件X向的最大翘曲角为3.98°，且该方向所有交线的翘曲角均超出了翘曲阈值（3.27°），判定发生翘曲变形；薄壁件开裂影响区内翘曲角的最大值在第46~51层呈连续正增长趋势，翘曲角变化量为1.58°，且80%的交线的翘曲角变化量超出了开裂阈值（1.53°），判定即将发生开裂，继续沉积至第55层时出现开裂。通过实验证实了所提算法检测翘曲与预测开裂的有效性，对激光沉积制造技术的发展具有重要意义。

通过在锂离子电池内部埋入分布式光纤温度传感器,实现了对电池内温度场的实时分布式原位监测,并对其运行健康状态进行了预警和评估。根据锂离子电池结构设计模型,理论上模拟分析了不同运行环境下锂离子电池内温度场的分布状态和演化规律。基于此,选取特征温度点(正负极耳、中心点)优化传感器的布设位置,实现各种情况下温度场的准确测量,基于性价比给出传感器的优化组合,减少了传感器使用数量,降低了布设工艺的难度及解调设备的成本。在实验中埋入分布式级联的光纤光栅温度传感器,对模拟分析结果进行了验证。实验结果表明,随着外界环境温度的上升,各特征点温度都随之上升,但上升速率整体变小,而中心温度点具有较快的温升效应,实验结果与理论结果一致。该方法为未来大尺度锂离子电池集成组件健康状态的原位监测提供了技术参考和实施方案。

在使用电铸方法制作金属光栅时, 采用传统的计时电铸方法常常不能保证金属栅条具有精确的沉积厚度。为了能够实时监测光栅栅条的沉积厚度, 以实现电铸截止时刻的精确判断, 建立了基于衍射效率判断金属沉积厚度的在线监测系统。采用严格耦合波理论计算了Au在光刻胶沟槽中进行沉积时, 衍射效率随Au沉积厚度的变化规律, 并讨论了光刻胶占宽比、电铸电流密度对衍射效率的影响; 计算了电铸池、镀液对监测激光能量造成的损耗。实验得到的效率曲线与仿真结果相一致; 电铸池、镀液对光能的损耗达9488%。实验结果表明, 采用在线监测方法实时判断金属沉积厚度是合理有效的; 光刻胶占宽比对在线监测影响不大; 电铸电流密度对在线监测有影响, 且电流密度越高越有利于截止点的判断。

根据金属有机物化学气相沉积(MOCVD)在线红外测温的发展需要, 提出一种3波长免探测孔有效面积校准和反射率修正的测温方法。给出了探测1 300 nm、1 150 nm、940 nm 3波长的在线测温探头设计方案和光路图, 将该探头应用于THOMAS SWAN CCS MOCVD 5.08 cm (2英寸)Si(111)衬底上生长10 μm GaN外延层的在线测温。测量结果表明: 在700 ℃~1 100 ℃范围内, 探头多次测量的重复性误差在1.0 ℃内, 在950 ℃~1 100 ℃范围内, 以EpiTT红外测温仪为参考, 探头测温精度在1 ℃内, 距离容差性为2 mm。该探头应用于我国自主研发的MOCVD 5.08 cm Si(111)衬底上生长InGaN/GaN MQW 结构蓝光LED外延片, 可得最低测温量程为435 ℃, n-GaN生长过程中测量噪声为0.75℃。结果分析表明: 该3波长免修正在线红外测温法对于高质量单层薄膜外延生长具有一定可行性, 对于多层复杂结构外延生长需要进一步改进。

根据MOCVD在线监测设备的发展需要，设计了一种多功能在线监测探头，能够同时实现带反射率修正的三种红外辐射测温以及两个波长的反射率曲线监测，即: 940 nm/1 550 nm双波长比色测温、940 nm单色辐射测温、1 550 nm单色辐射测温、940 nm反射率曲线以及1 550 nm反射率曲线监测.对探头的比色测温性能进行测试分析，并利用该探头对Si(111)衬底在我国自主研发的MOCVD系统中生长InGaN/GaN MQW 结构蓝光LED外延片进行在线监测.结果分析表明: 比色测温900℃~1 100℃范围内精度高于1℃; 在700℃~1 100℃范围内重复性误差均在0.7℃内; 距离容差性为2 mm; 三种红外测温最低量程均为435℃; 并能有效避免探测孔有效面积变化的影响; 由940 nm反射率曲线得: n-GaN层的膜厚监测相对误差为3.6%.该设计能够同时实现MOCVD在线测温及膜厚测量，可为MOCVD在线监测设备开发提供参考.

MOCVD原位红外测温方法主要有单色辐射测温法与双波长比色测温法。利用薄膜等厚干涉模型与Kirchhoff定律计算了Si (111)衬底生长10 μm GaN外延片的940 nm、1 550 nm光谱发射率, 以Thomas Swan CSS MOCVD为例, 比较了500 ℃至1 300 ℃范围内, 940 nm单色辐射测温法、1 550 nm单色辐射测温法、940 nm与1 550 nm双波长比色测温法的相对误差和相对灵敏度, 以及单色辐射测温法与双波长比色测温法的校准修正, 并利用940 nm与1 550 nm双波长比色测温法在线监测了Si (111)衬底生长InGaN/GaN MQW 结构LED外延片过程中的温度。研究表明: 940 nm与1 550 nm双波长比色测温法在相对误差及有效探测孔径修正校准上优于940 nm单色辐射测温法和1 550 nm单色辐射测温法, 该结论可为MOCVD原位红外测温设备开发提供参考。

针对混合气体红外光谱在应用现场基线漂移和畸变、基线校正方法Rubberband方法中分段数量的选择不确定等问题进行探讨，通过遍历的形式筛选出针对烃类气体在中红外波段、波数分辨率为4 cm-1的情况下，优选出分段数量在50~120之间、基线点的曲线拟合方法选择分段三次Hermite插值方法时，其基线估计和校正的效果较为理想。同时针对Rubberband方法易将吸收点误判为基线点的问题，使用中位数和偏离度首先剔除分段内的明显吸收点，然后将剩余谱线点采用偏最小二乘方法设定一定的阈值范围进行基线点的筛选，筛选出的基线点在整个波段采用分段三次Hermite插值方法进行基线的估计。从实测的光谱基线校正效果来看，提出的算法使用简单，并适合于在线连续分析的应用场合。