在基于近红外光谱法的无创血糖测量领域, 受人体皮肤状态波动的影响, 血糖预测模型无法长时间使用, 极大地限制了该方法在临床上的应用。 皮肤血流灌注是与人体生理状态密切相关的参数, 直接影响着皮肤中水分的流动, 它还难以像温度、 压力那样借助外部手段进行控制。 在皮肤光谱的测量中, 血流灌注会通过水分的迁移间接影响真皮层的厚度, 并使得光谱产生较大变化。 借助蒙特卡洛模拟方法仿真了在1 000~1 700 nm波段真皮层厚度变化±30 μm时三层皮肤的漫反射光强、 光子穿透深度与平均光程, 研究了真皮层厚度变化后的光谱变化规律。 对两个光源-探测器距离下的衰减度进行差分, 用于消除真皮层厚度变化的影响, 对1 000~1 700 nm的波长均给出了适宜的差分测量距离。 发现1 200 nm波长附近, 当真皮层厚度变化时, 漫反射衰减度在每个测量距离下的变化都非常小, 因此是较适宜的测量波长。 而对于水的吸收峰1 450 nm附近的波长而言, 漫反射衰减度随着光源-探测器距离的增加而变大, 且在一定范围内急剧变化; 因此, 应避免选择这些光源-探测器距离。 对于常用的血糖测量波长1 200、 1 300及1 600 nm波长而言, 光源-探测器距离可选在小于0.1 cm或大于0.4 cm的范围, 此处漫反射衰减度变化随着光源-探测器距离变化较缓慢, 采用差分处理可较好地消除真皮层厚度变化对光谱的影响。 考虑到不同光源-探测器距离下对应的真皮层光子百分比不同, 可选择主要对应于真皮层的光源-探测器距离, 该工作采取80 %真皮光子百分比为界限。 综上, 综合现有仪器能达到的测量精度水平, 对于1 200、 1 300和1 600 nm波长, 可选择0.03~0.1 cm范围内的两个光源-探测器距离进行差分测量, 可以较好地抑制真皮层厚度变化的影响, 从而有效减小皮肤血流灌注变动的影响。

提出了一种基于单柱面聚焦透镜的热透镜技术差分测量构型,并采用相移理论和高斯光束ABCD传输定律建立了热透镜信号理论模型,导出了最优构型条件及测量灵敏度理论极限,结果表明该测量构型能够获得与双柱面聚焦透镜测量构型相同的测量灵敏度。采用理论计算及有限元分析相结合的方法分析了构型参数对探测平面光强分布及热透镜信号幅值的影响,理论结果和有限元结果的一致性证明了单柱面聚焦透镜差分测量构型的可行性及理论模型的正确性。

为了实现机床在加工状态下主轴径向跳动非接触、高精度的测量, 采用光外差法光路的激光多普勒差分检测方法, 进行了理论分析和实验验证。直接耦合和透镜耦合的全光纤光路的应用, 降低了布喇格衍射光路的调节难度, 提高了测量分辨率和抗干扰能力, 减小了噪声; 光纤分光器实现了同一轴线上的差分测量, 抑制了因测量光路本身的振动带来的干扰。得到了相对误差为0.0838%的主轴径向跳动测量结果, 实现了纳米级跳动误差测量。结果表明, 系统的相对误差和测量不确定度均小于0.1%。该研究对主轴径向跳动的实时测量有一定的指导意义。

阐述了一种基于低相干光干涉技术的透镜中心厚度的测量方法, 并设计了腔式测量结构对未知折射率的材料进行中心厚度测量。测量系统为包括低相干测量和激光测距的全光纤结构。低相干测量结构参考臂和激光测距结构参考臂的共光路设计降低了环境因素的影响, 提高了测量稳定性, 并利用七步相移法实现对干涉信号的定位和提取。另外, 利用低相干测量方法中的平衡差分结构去除了干涉信号中的直流项, 同时提高了弱信号的定位精度。实验结果表明, 该腔式测量结构对殷瓦合金标准块的测量精度优于0.5 μm, 该系统能够实现对透镜中心厚度的高精度测量, 满足高精密光学系统的测量要求。

设计了一款紧凑型刚性支撑式快速控制反射镜(FSM),以适应机载运动平台的高振动、大冲击和高低温等恶劣工作环境。考虑机载FSM的工作需求, 分别对FSM的支撑轴系、驱动元件和测角元件等进行设计与选择。针对刚性支撑轴系设计了轴系间隙调整机构, 提高了FSM系统的轴系精度, 进一步增大了FSM的承载能力; 针对机载FSM研制了专用小尺寸微位移测量传感器, 通过将4个传感器非轴线对称布置, 并利用二次差分的方式实现反射镜位置的实时监测, 进一步减小了FSM系统的体积, 提高了它的测量精度。最后, 对机载FSM的控制带宽和指向精度进行了实验检测。结果显示: 所设计的FSM系统控制带宽约为110 Hz, 方位指向误差不超过3.4″, 俯仰指向误差不超过3.8″, 表明所设计的FSM控制系统稳定、响应速度快、指向精度高, 满足机载运动平台的应用要求。