检验鉴定书写墨水是法庭科学领域中一项重要的工作。利用傅里叶变换红外光谱仪对市面上常见的 20种直液式走珠笔墨水样品进行检验，采取化学计量学实现了对直液式走珠笔墨水的快速检验。对傅里叶变换红外光谱数据做标准化处理，采取自动基线矫正、峰面积归一化、 Savitzky-Golay 5点平滑 3种方法对谱图做预处理，通过误差平方和指标（ sum of the squares errors, SSE）确定分类 K的最优取值，对样品进行 K-均值聚类分析并解释聚类结果。采取主成分分析方法验证 K-均值聚类的结果，利用组均值均等检验考察主成分变量对 Fisher判别分析（Fisher discriminant analysis, FDA）模型的贡献程度，构建直液式走珠笔墨水的 FDA判别模型。结果表明， K-均值聚类将全部墨水样本聚类为 3类，PCA-FDA（principal components analysis-fisher discriminant analysis）模型能够对不同类别直液式走珠笔墨水达到 100%的预测分类，经交叉验证后正确率达到 100%。红外光谱与 PCA-FDA模型结合可用于直液式走珠笔墨水的快速、准确检验鉴定。

设计并研究了外置半导体激光器+内置微结构光纤的方案，使光纤侧面发光，从而解决了传统直下式液晶模组需要使用大量发光二极管芯片及内置半导体激光器方案模组体积过大的问题。模拟分析了不同的深度、半径和微结构数量对光纤光场的影响，得到峰值照度为32650 lx、水平可视角为85°、垂直可视角为84°33′35″的光场，达到了LCD显示行业的10000 lx背光源峰值照度、60°水平可视角、50°垂直可视角的要求，为半导体激光应用于LCD直下式显示领域提供一种新的方法。

为提高激光导引头测角精度, 研究了激光导引头测角误差的来源, 并分析了直写式激光导引头标定系统误差。首先, 分析了激光导引头内光学系统和探测器安装误差对导引头测角的影响; 其次, 介绍直写式激光导引头标定系统的工作原理, 给出理想条件下转台转角和导引头测角关系; 再次, 为了提高标定后导引头测角精度, 分析了标定系统存在的安装误差; 最后, 针对一次实际的标定过程, 结合文中分析方法对标定系统误差进行了校正, 导引头零位误差由校正前的2.5 mrad降低到了1 mrad以内。文中结论为直写式激光导引头标定系统中的结构安装精度要求提供了分析方法, 进而提高了标定后激光导引头的测角精度。

为了降低直下式背光的厚度并提升亮度, 设计了一种光学增亮膜。基于Snell定律设计了对单个LED发出光线起均匀照度作用的二维微结构曲线。该微结构曲线是把LED看做理想点光源设计并计算的, 但考虑到实际的LED是一个正方形发光面, 因此对该微结构曲线进行了优化, 提升了它对实际尺寸LED的均匀照度作用。根据LED的排布规律提出了一种正六边形蜂窝拼接排布方案, 并进行了仿真分析。仿真结果表明: 使用光学增亮膜的背光中心亮度提升了172.4%。根据微结构设计结果采用无掩膜直写光刻工艺制作了实际样品并进行了效果测试, 测试结果表明: 中心亮度提升了136.2%, 厚度降低了13 mm。采用本文设计的光学增亮膜可以有效地提高背光亮度同时降低背光厚度, 满足汽车抬头显示器的直下式背光亮度高、体积小的要求。

研制了一款可在接收面上实现平面光谱分布均匀的直下式LED黄疸灯。首先, 按照LED数量从少到多的顺序, 在同一基板上依次对4种单色LED进行排布, 使其分别在同一出光面上形成大小相近且照度均匀的光斑, 进而使出光面乃至接收面上实现平面光谱分布均匀。其次, 对直下式LED黄疸灯仿真验证, 结果表明其确实可在接收面上实现平面光谱分布均匀。最后, 在出光面上分别放置扩散板和棱镜膜, 对两款直下式LED黄疸灯样品进行实验测试。测试结果表明：相较而言, 在出光面上放置增光膜的直下式LED黄疸灯样品可以使接收面具有较多的光能量。但无论出光面上放置的是棱镜膜还是扩散板, 在600 mm×300 mm的接收面上, 直下式LED黄疸灯都能实现99.9%以上的平面光谱分布均匀度值以及74%以上的照度均匀度值, 符合国家婴幼儿光疗设备安全标准。

针对直下式LED背光模组厚度大的缺点,设计了一种带有圆台的超薄直下式LED背光模组。通过调整圆台斜面角度和底面直径,来改变LED灯珠光强极大处的指向和位置,降低混光高度。利用圆台、圆锥、反射隔板构建正六边形照明单元,用TracePro软件模拟不同的排列间距、混光高度、圆锥尺寸对均匀度的影响。结果表明：当排列间距为26 mm,混光高度为16 mm,圆锥高度为10 mm时,均匀度达到了94.27%。该背光模组在确保高均匀度的同时极大地降低了厚度,为直下式背光模组的轻薄化提供了理论依据和研究方向。

针对直下式LED平板灯均匀度低且厚度大的缺点, 提出了一种带有曲面底板的直下式LED平板灯, 采用Taguchi方法设计, 并通过TracePro软件进行仿真模拟, 对影响直下式LED平板灯照度均匀度和平均照度的参数因子进行分析, 并运用ANOVA理论分析出各因子对品质的影响程度, 优化各项结构参数, 以设计出符合要求的产品, 并通过实验对模拟结果进行验证。结果表明: LED芯片排布方式对照度均匀度和平均照度的影响程度都最大, 分别有47.4%和50.2%的贡献度。当芯片选择正六边形排布, 倾斜角度为30°, 平板灯无微结构, 混光距离为25 mm, 得到最优化照明效果。扩散板照度均匀度达到88.3%, 与实验结果基本一致,厚度相对于目前直下式平板灯减少37.5%以上。模拟得到的会议室照明效果满足国家建筑照明设计标准, 所得结果为设计直下式平板灯提供理论依据。

提出一种由压电梁及其端部附加质量构成的直激式压电风能捕获器。在考虑了压电振子静平衡变形的基础上, 根据涡激振动理论建立了柔性压电振子的自激振动理论模型并进行了仿真分析, 获得了压电梁厚度比、附加质量及风速对其发电性能的影响规律。结果表明, 存在最佳的压电梁厚度比使输出电压、电能及功率最大, 电压/电能/功率所对应的最佳厚度比分别为0.5/0.65/0.65。其它参数确定时, 存在最佳风速/附加质量使输出电压最大, 且最佳风速随附加质量增加而降低、最佳质量随风速增加而降低。制作了风能捕获器样机并进行了试验测试, 风速为4.8/7.2/10 m/s时, 对应的最佳附加质量及最大电压分别为15/11/7 g和1.9/3.94/6.18 V; 风速为10 m/s时, 10 g附加质量下的输出电压为0/20 g 附加质量下的4.1/1.2倍。结果证明根据实际风速范围确定合理的附加质量可提高发电能力。

为了增强LED灯具的散热能力,根据烟囱效应原理,设计了一种LED球泡灯,其具有特殊的直筒式烟囱结构。利用Solidworks建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真,并以烟囱高度30 mm、烟囱数量6、通风口长度2 mm的参数为基础模型。通过实验验证,测出该模型的最高温度为69 ℃,与仿真所得出的结果仅相差1.66 ℃,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同烟囱高度和数量、通风口大小对LED芯片最高温度的影响进行研究。研究表明：烟囱效应明显增强了灯具的对流散热性能。在烟囱高度为45 mm、烟囱数量为12、通风口长度为3.5 mm时,LED芯片的最高温度为61.04 ℃,比优化前下降了9.62 ℃。在模型参数相同的条件下,最高温度比不加烟囱结构的LED球泡灯下降了1.9 ℃,且散热器重量下降了2.55 g。在自然对流条件下,所设计的LED球泡灯能很好地满足LED芯片工作要求。

对于近场大角度的匀光照明系统,透镜的一般设计方法是采用内表面为球形的自由曲面透镜设计,计算的自由曲面透镜只需考虑一次折射.但是当角度达到一定范围时,在透镜的内表面容易发生全反射,导致目标面照度不均匀.为了在近场照明系统中得到更大角度的配光,提出一种以合适的抛物面作为自由曲面透镜的内表面的设计方法,内抛物面先对光源的能量进行一次扩散,再计算自由曲面面型,通过模拟仿真,实现了在距离光源15 mm处形成半径40 mm的光斑,均匀度达到95%,能量利用率达到97.8%,相对于传统的直下式透镜,提高了照明的均匀度,同时减少了箱体的厚度.