测量范围的拓展对提升基于偏振特性的光纤压力传感系统的实用性有着重要意义。以拓宽测量范围并保持原有传感灵敏度为目标，提出了一种基于斯托克斯多参量融合的传感方案。通过理论仿真得到传感头目标偏振轴。利用偏振控制器，压力装置和偏振检测计，在实验中得到了线性度为99.8%、灵敏度为0.1938 N^-1、测量范围为28 N的传感性能，多参量融合方案的测量范围比单参量测量方案提高了5倍。实验结果与理论预期吻合较好。所提方案可以大幅度提升基于光纤偏振特性的传感系统的性能并扩展了其实用价值。

在双波长干涉仪中，传统的等效波长法只是利用了单波长包裹相位之间的差值信息，忽略了它们的大小和正负信息。基于最小公倍数的有效波长法直接利用多个单波长包裹相位信息，可以实现比传统等效波长方法更大的无模糊测量范围，且没有误差放大效应。然而已有的最小公倍数有效波长解相位算法主要基于查表法，速度较慢，不适用于实际测量。提出了一种新的算法，可大幅提高最小公倍数有效波长法的计算速度，该方法可应用于双波长或多波长干涉仪中。

为了提升多普勒信号的有效性,增加激光多普勒测速仪的工作距离和可测量范围,提出了一种基于液体透镜的品质因子增强技术。对多普勒信号的品质因子分布进行了理论分析,然后以高斯光学为理论基础,对基于液体透镜的激光多普勒测速仪出射高斯光束的腰斑位置和大小进行了仿真分析。最后搭建了基于液体透镜的激光多普勒测速系统,对不同驱动电流下的品质因子进行了测量。理论分析和实验结果表明:通过改变液体透镜的驱动电流,多普勒信号的品质因子显著增加,大幅提升激光多普勒测速仪的工作距离和可测量范围。

分析了Horn-Schunck全局光流算法和Lucas-Kanade局域光流算法在条纹位移测量中的分辨力和测量范围,结果表明:当Horn-Schunck算法的相对误差和Lucas-Kanade算法的相对误差小于2%时,两种算法的相位分辨力都能够达到10 -13π,对应像面上的位移分辨力为1.6×10 -12 pixel,两种算法在理论上与四步相移法的分辨力相当;在有噪声的情况下,两种算法的分辨力都达到了0.01π,对应像面上的位移分辨力为0.16 pixel;在相对误差小于2%、方均根误差小于3%时,Horn-Schunck算法和Lucas-Kanade算法的测量范围分别为0~17π/100和0~52π/100,分别约为0~π/6和0~π/2,并且测量范围受噪声的影响很小。

针对传统阴影叠栅轮廓术深度测量范围有限的问题, 根据阴影叠栅条纹对比度的变化特点, 提出了大深度范围内的阴影叠栅轮廓新型测量方法。该方法将光栅置于不同的高度, 在物体表面形成叠栅条纹, 通过将不同高度范围内的条纹相位测量结果相互融合, 实现了大深度范围内的阴影叠栅轮廓测量。分析了光栅处于不同位置时叠栅条纹的相位分布特点, 提出了基于重叠区域的相位融合方法和误差补偿方法。通过实验验证了所提出方法的可行性和准确性。

激光能见度仪用于测量大气能见度,激光回波信号时间测量误差是影响能见度测量精度的重要因素,采用多模式高分辨率时间数字转换器解决了激光回波时间间隔数字化精度问题。在介绍时间数字转换器应用于测量不同范围时间间隔的基础上,设计了一种用于高精度多分辨率测量电路。通过实验验证,不仅短距离测量精度能达到厘米级,远距离测量精度也在米级,测量误差均小于20%,能够满足能见度测量对精度和实时性的要求。

设计的透镜中心厚度测量系统是一种基于色差共焦原理、能快速自动测量且不接触透镜表面的新型测量系统。为使得测量设备测量范围较大，采取建立多重结构的方式分别消除各个组态内的单色像差，并放大组态间像距的差值以增大系统的位置色差。所设计的光学系统在400～1000 nm 波段范围内产生30 mm 左右的位置色差。使用该光学系统，能使测量设备的最大测量范围达到30 mm 以上。利用研制的设备对3 种不同厚度的透镜进行了实际测量，结果表明：对于厚度为6、15、30 mm 的透镜，设备的测量精度分别为±2.5、±3.5、±5.0 μm。

提出一种多级高精度可调谐的瞬时频率测量(IFM)方法，采用单光源无滤波的IFM 系统结构，结合光偏振调制和偏振分束原理，利用偏振调制器和偏振控制器等器件来实现对同一波长下不同光偏振维度上微波信号的加载和分离。通过控制单模光纤的色散参数，可以获得较大的测量范围，利用色散所致的射频功率衰落效应，能获得单调变化的频率—幅度映射关系，进一步通过光电探测的射频信号输出功率比来得到幅度比较函数fACF。由于fACF 可以通过改变偏振角或直流偏置电压进行调节，因此该测量方法可用于多级频率测量实现对特定频率的高精度检测。结果表明，可以获得2~17.3 GHz的测量范围和±0.15 GHz的测量精度。