气体检测在众多领域发挥着重要作用。光声光谱技术具有高灵敏度、响应快速等优点，广泛满足各种气体检测需求。基于光声光谱技术，以中心波长为4300 nm的中红外LED替代激光器作为二氧化碳气体的激发光源。结合长光程与声共振技术，研制了一种T型光声池，其吸收池内壁镀金，池体上耦合了一根声共振管。利用有限元仿真得到了光声池的一阶纵向共振模态及共振频率。为了实现LED光源的调制输出，设计了硬件驱动电路。基于上述工作，搭建了一套自动化流程的二氧化碳气体光声检测装置。实验结果表明，光声信号与样品浓度之间具有良好的线性度，噪声等效浓度（体积分数）为1.24×10^-4。使用Allan偏差评估装置的稳定性，当平均时间为200 s时，装置的检测灵敏度为1.8×10^-5。

传统中药在世界范围的需求量巨大, 尤其是屠呦呦在2015年获得诺贝尔医学奖以来, 中药的受欢迎程度进一步得到了提高。 然而, 中药的质量标准管理中还存在较多关键性问题, 其中, 中药水分含量的检测是中药质量一致性控制中的一个重要因素。 基于近红外LED吸收光谱的中药水分传感器, 通常采用电平信号或锁相放大来实现信号的探测。 方波激励可以获得水吸收光谱信号丰富的时域和频域响应信息, 故常被用来作为水分传感器的激励源。 针对待测样品的不平整度、 提离效应及噪声等因素严重影响水分含量的时域特征量的问题, 提出了一种基于方波激励的近红外吸收信号频谱分析的中药水分传感器。 首先, 利用中心波长为1 450 nm的LED作为水吸收光谱信号的光源, 并采用快速傅里叶变换获得水直接吸收光谱信号的频谱特征量。 其次, 分析和优化了激励方波信号参数, 优化结果表明, 当方波激励源的频率、 幅值及占空比三个参数分别为100 Hz, 1 500 mV及50%时, 水的吸收光谱信号最好。 最后, 制备了8组用于标定的肚痛丸样品和4组用于验证的肚痛丸样品, 在优化激励方波参数基础上, 建立了肚痛丸水分含量与奇次谐波信号幅度之间的线性关系。 标定与验证实验结果表明, 谐波分量中基频分量(100 Hz)和三次谐波分量(300 Hz)的幅值与肚痛丸的水分含量的线性相关系数r值分别为0.992和0.993, 平均后的最小误差为1.0%, 最大误差小于6.5%。 该水分传感器把方波作为激励源, 利用小波滤波算法对水吸收光谱信号进行去噪, 并采用快速傅里叶变换算法将光谱吸收信号转换到频域后进行特征量提取, 具有精度高、 适用性强、 实时在线测量等优点, 在中药制药质量控制和过程分析中具有广阔的应用前景。

卫星星内漫反射无线光通信系统利用漫反射光作为传输介质替代传统的有线电缆, 对卫星的减重、降能耗发挥了巨大作用, 并可简化卫星在组装、集成和测试（AIT）阶段的工作。分析和仿真了卫星星内空间漫反射光传输链路。通过使用红外LED发射光信号, PIN光电二极管接收光信号来完成光电信号之间的转换, 并结合CAN总线通信系统, 设计了一套卫星星内无线光通信系统。系统在星内空间模拟平台上进行测试, 实现了可视链路上1M波特率和非可视漫反射链路上500K波特率的稳定通信。

为了克服图像传感器在位姿测量中存在响应速度与精度相互制约以及相应图像处理算法复杂的缺陷, 提出一种基于单个位置敏感探测器的目标空间位姿测量方法.首先建立以位置敏感探测器光敏面中心为原点的传感器坐标系并在该坐标系下定义空间姿态角, 然后将合作目标上8个循环交替点亮的红外LED光源作为探测对象, 特征发光点经过会聚镜头成像于探测器光敏面上, 经信号处理得到各点二维像坐标, 并结合光源相对位置关系最终解算得到目标在传感器坐标系下的空间位置和姿态.在对系统稳定性进行验证后完成了位置平移与角度旋转的测量实验.实验结果表明: 提出的方法在视场角为16.3°的范围内探测距离可达10 m, 沿深度方向的位置测量绝对误差最大为36.2 mm, 其他方向位置测量平均绝对误差最大为7.1 mm, 角度测量绝对误差优于2°.该方法解算过程简单、实时性强, 测量更新频率为100 Hz, 可以满足位姿检测的高速要求.

针对室内成像定位技术受随机噪声的影响较大、定位误差较高的问题, 提出了一种基于像素距离加权的室内成像定位技术。在室内屋顶布设多个红外LED, 依靠成像传感器获得红外LED信标的像点, 将成像点到成像传感器中心的像素距离作为加权因子引入室内成像定位算法中, 可以有效地提高室内定位精度。并进行了仿真实验, 实验选择4m×4m×3m的空间区域模拟室内环境, 当布设的红外LED信标数量为3时, 应用改进后的算法可以获得10cm以内的定位误差性能, 并且误差波动不超过5cm。另外, 随着布设信标数量的增加, 定位误差继续减小。改进后的定位算法有效地提高了室内定位的精度以及成像定位算法的普适性。

为了提高夜视兼容的液晶显示器(LCD)显示屏的显示效果, 在使用红绿蓝三色LED为背光源的基础上, 增加了红外LED, 将不同的LED搭配成在不同模式下使用的两套光源。根据10.4 in(1 in=2.54 cm)背光源的亮度和均匀性的要求, 将背光源当作朗伯发光体来计算亮度, 以便于选择LED的类型, 确定LED的数量和排列方式, 合理选择光学膜片及设计背光模组的结构。由于红外LED的发光功率可调节, 在夜视兼容模式下, 不仅可以通过夜视仪看清LCD显示屏上的信息, 而且用裸眼也可以轻易看清显示屏上的信息。通过TracePro软件进行仿真并分析, 结果发现设计的背光模组同时满足了LCD显示屏的强光下可视和夜视兼容两项要求。

针对船舶机械润滑油中水分含量的测量问题, 研究了基于中红外LED的油液水分含量测量方法。 利用峰值发射波长为2 840 nm, 半高宽为400 nm的中红外LED作为发射光源, 发射的红外光进入油样, 一部分被吸收, 剩下的透过油样被红外探测器接收, 根据油样对光能的吸光度确定油液中水分含量。 实验设计了红外光发射、 吸收和探测的装置, 采用氟化钙晶片作为窗片, 选择截面为圆形的硬质金属线圈作为垫圈以保证精确的油膜厚度, 采用探测波长范围为2 500～4 800 nm, 响应时间为10～20 ns的光电二极管作为光强探测器。 开发了信号的前置放大和基于单片机的数据采集、 储存和通讯系统。 通过实验, 获得了含水质量分数为0, 0.062 5%, 0.125%, 0.25%, 0.375%和0.5%六个油样的吸光度数据, 利用最小二乘法对数据进行拟合, 得到吸光度和含水量的线性回归方程。 对误差进行量化分析, 回归方程和数据点的决定系数为0.996。 最后, 为了检验该测量方法的精确性, 用含水量为0.317 5%的油样进行验证, 利用实验装置测量吸光度, 代入回归方程计算含水量, 结果显示通过该方法测得的含水量和实际含水量的相对误差为2.7%, 满足工程实际需求, 说明该方法能够准确测量油液中的含水量。

光学雨滴谱测量仪能够实时监测雨滴直径分布、雨滴降落速度等气象参数, 可应用于气象研究、环境监测、农业安全预警等领域。采用红外LED光源和线阵CCD, 搭建了雨滴谱测量光路, 并用水滴代替雨滴, 演示测量了通过采样空间的水滴的直径和速度, 验证了雨滴参数光学测量的可行性。实验中发现当较大雨滴紧贴CCD窗口通过采样空间时, 液体透镜效应十分明显, CCD对应区域的光强增强, 与通常的遮挡现象正好相反, 因此在后续的程序处理中需妥善处理这类异常信号。