在机载光电转台、多自由度摇摆台等系统中，对于一些运动体与基座间没有确定的回转轴的柔性支撑、并联支撑平台，需要考虑非接触三轴角度测量方法，目前大部分的光电非接触三轴角度测量方案系统复杂，占用空间大，无法适用于如机载、星载等载荷对体积、质量敏感的场景。为此，文中提出了基于双位置敏感探测器（PSD）的非接触三轴角度测量方案，使用准直镜头汇聚、双面反射光楔反射，将光源在两片PSD上汇聚成像，利用PSD上的光斑位置坐标反解出三轴角度。描述了其工作原理以及传感器构成，分析了因两片PSD的相对位置偏移产生的误差，提出了对应补偿方法以减少焊装产生的PSD位置偏移对测量精度的影响。主要对采集的PSD模拟信号值的抖动噪声进行FIR滤波处理，分析了滤波器的相频响应特性，并在MCU中测量相位滞后时间以及滤波器的响应带宽，验证了该数字滤波器在系统内拥有较好的实时传输特性。自准直测量单元总质量为230 g，尺寸为50 mm×50 mm×50 mm。实验结果表明，34阶FIR滤波器将角度测量的误差减小至60%，在±2°测量范围内单轴测量时，方位角、俯仰角、横滚角的误差均方根分别为0.003°、0.007°、0.017°，组合测量时分别为0.006°、0.009°、0.021°，文中所提出的三维测角传感器精度较高，满足机载等场景的使用要求。

酒精浓度的非接触式测量是一种新型的测量方法。对一些特殊行业有着很大的帮助，比如酿酒业测量酒的酒精浓度，工业上生产工业酒精等。为了便于测量不能接触的酒精溶液，文中设计了一种基于近红外吸收光谱特性的酒精浓度测量系统，可以对不同浓度的酒精溶液进行非接触式连续测量。对于酒精来说，在1300~1 350 nm的光谱段浓度定性反应非常明显，使用处于该波段的红外LED发光二极管，加上光电二极管、模数转换芯片、单片机和LCD屏幕组成该系统。通过使用该系统对不同浓度的酒精进行测量，利用最小二乘法找到酒精浓度和电压信号之间的函数关系式。这样就能通过测量电压值来反推出酒精浓度值。实验表明，在该红外波段下，采集到的电压值和酒精浓度之间有良好的二次函数关系，拟合优度达到了0.99946。测量结果显示，测量值和标准值之间的相关系数R为0.999911，平均绝对误差为0.64。与传统酒精计的0.5相差不大，重复测量和连续测量的方差分别为0.0044和0.0056，证明了该装置的稳定性和可靠性符合预期。而且通过优化电路和程序，选择更为精确的酒精计作为标准，可以使误差更小。该方案相比传统测量方法结构简单，速度更快，还可以进行连续测量。在现实生活中，制酒业、医疗行业和工业生产等行业都对于测量酒精浓度有着很高的需求。该装置可以在不损坏产品的情况下进行酒精浓度测量，它的连续检测能力对某些行业的批量生产有着很大的帮助。通过改良，可以实现自动化检测。除了企业生产，也可用于制造日常使用的便携式酒精浓度测量仪。

为实现轴对称非球面反射镜轮廓的高精度、可溯源测量，建立了非球面测量轨迹的数学模型，提出了一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用分离式计量框架结构，有效减少了跟踪扫描模块运动对测量精度的影响；测头采用集成阵列式波片的四象限干涉测量系统，保证测头精度的同时更有利于实现复杂面形轮廓的跟踪扫描运动；设计扫描执行机构与多路激光干涉系统共基准的运动模块，实时跟踪扫描运动机构的位置信息，提高测头空间定位精度并使其测量值能溯源到“米”定义。搭建测量装置测试该方法的准确测量精度，试验结果表明，测量误差小于0.2 μm，重复性精度为70 nm，测量精度达到亚微米级。

为提升单目结构光测量系统的测量精度和效率，对结构光三维重建中最重要步骤相位展开算法进行了改进，提出一种多鸽巢自适应排序的相位展开算法，其有效地抑制了相位展开过程中的误差传递，并能显著提升计算效率。首先，根据像素的二阶差分定义像素的不可信函数，并将相邻像素组合成为像素组；然后，自适应构建具有不同不可信值范围的鸽巢使其满足误差传递要求，并依次将像素组放入对应参数的鸽巢中；最后，根据鸽巢的不可信值从小到大依次进行相位展开。在单目结构光系统中开展验证实验，实验结果显示：提出的相位展开算法相较原算法提速38.37%，且在点云求解精度上有较大提升，有效优化了测量系统相关性能。