1, 1, 1, 3, 4, 4, 4-7氟-3-(3氟甲基)-2-丁酮（C5-PFK）气体因其优良的电气绝缘性能和良好的环保特性受到国内外广泛关注。 制备高精度的C5-PFK混气并实现对其混合比的精准检测, 有利于对C5-PFK混气的科学论证, 最大限度的减少电力隐患。 采用FTIR实验, 结合B3LYP方法进行光谱理论计算, 对C5-PFK气体的红外光谱吸收特性进行了研究; 针对测试环境中可能存在的CO2及微水气体, 在相同的温压及光程条件下进行了谱线交叉干扰分析; 基于非分散性红外线(NDIR)技术对C5-PFK混气混合比传感器进行了仿真测试, 开展了传感器硬件系统的整体设计。 根据传感器的输出特性, 建立了BP神经网络温度补偿模型, 并对传感器的重复性及示值误差进行了测试。 结果表明: C5-PFK气体的强吸收峰位置分别为1 200、 1 262及1 796 cm-1, 分子理论计算与气体实测的红外光谱吻合较好; 合成空气背景下1 262 cm-1位置CO2气体的吸光度为6.04×10-7, 150 nm滤波带宽内微水峰面积影响因子约为3.15×10-3, 谱线交叉干扰可忽略不计, 采用NDIR技术选择1 262 cm-1位置实现混合比检测切实可行; 以量程追踪光程, 传感器仿真测试结果显示6.5 mm光程可实现0~15%的C5-PFK混气混合比的检测。 传感器输出特性显示: 吸收变量SA/SB值随温度的升高而减小, 呈现非线性关系; 10%的C5-PFK/Air混气在BP神经网络算法温度补偿前后最大示值误差分别为29.23%及1.29%, 补偿后输出吸收变量SA/SB值基本保持不变; 传感器重复性测试显示RSD为0.27%, 小于3%; 不同浓度对应的传感器示值的线性拟合系数R2为0.999, 最大示值误差为2.47%。 综上, 验证了该检测方法及其传感器在C5-PFK气体混合比检测范围、 抗干扰能力及可靠性等方面优势, 为C5-PFK混气电气设备混合比检测提供一种可行的解决方案。

糖度是影响鲜食葡萄品质与风味的关键因素, 对其可溶性固形物SSC的检测具有切实需求。 近年来, 随着芯片级光谱传感器的生产技术趋于成熟, 具有高精确性与稳定性的片上光谱传感器为可见/近红外检测技术开辟了新的途径。 设计、 搭建、 测试了一套体积小、 易操作、 低成本的用于鲜食葡萄糖度无损检测的光学系统。 系统以两块搭载芯片级光谱分析技术的新一代可见/近红外光谱传感器AS7263（美国AMS半导体公司）为核心元件。 每个AS7263传感器具有6个集成了纳米光干涉滤波器的数字光谱通道和一个可通过单芯片准确控制电流（1~100 mA）的LED光源。 传感器光谱通道的中心波长范围610~860 nm; 两个LED光源的中心波长分别为730和850 nm, 半峰全宽（FWHM）为50 nm。 首先, 运用此原型在避光环境下采集276颗巨峰葡萄浆果的光谱信息; 用手持式PAL-1糖度仪检测样本SSC（°Brix）并计算基于t分布的样本糖度真值SSCt: SSCt0.9与SSCt0.95。 其次, 针对样本原始光谱数据, 采用PCA提取主成分, 根据得分因子分布, 剔除了16个位于置信区间外的异常样本; 进一步采用一阶导数First Derivative（FD）、 归一化Normalization（0, 1）与标准化Standardization（0, 1）3种方式做数据预处理, 求取样本在12个通道下的吸光度A或Kubelka-Munk函数值F（R）。 针对可见/近红外光谱自变量之间具有多重相关性、 光谱信息与糖度信息之间非线性相关的特点, 建立PLS-BP神经网络糖度预测模型（自变量为吸光度A或F（R）值, 因变量为SSCt）。 结果显示, 当t分布的置信概率为0.95、 光谱预处理方式为Standardization（0, 1）、 光谱信息指标为吸光度A时所建立的预测模型精度最高: 决定系数rp2为0.93、 均方根误差RMSEP为0.181、 预测集偏差Bias为-0.01、 残留预测偏差RPD为3.78, 可认为模型具有较高精度与较好适应性对葡萄SSC做出预测。 最后, 结合实验结果, 作了葡萄浆果SSC光谱检测原理的分子尺度分析: 在各分子振动类型中, O—H键伸缩振动的3倍频、 4倍频, O—H键剪式振动与伸缩振动3倍频、 4倍频的合频, CO键伸缩振动的8倍频、 9倍频为可见/近红外光谱检测的有效振动频率。 该研究为未来工业与消费领域在线质量检测设备的高精度化、 便携化、 低成本化提拱了技术参考。

光学气体传感器性能受气室结构影响较大，但是关于通过改进气室结构提高光学气体传感器的研究较少，提高芯片的利用率对缓解全球半导体芯片供应不足及低碳环保等具有重要意义。为了提高芯片利用率与满足多组分气体传感器高性能检测需求，设计了一种使用非分光红外技术的可同时检测CO₂、SO₂和CO这3种气体的三椭球型气室结构光学传感器，并对气室的光学性能进行研究。通过光路仿真、有限元模拟、蒙特卡罗模拟等可知：23%的接收面上集中了91%的能量，克服了直射式结构气室光程短和光敏面上光通量低的问题（光程长度增加了25%，光通量增加了40倍），同时克服了多反射式结构光通量过低的问题（约增加了117倍），信噪比分布是多反射式和直射式的10~100倍。因此，所提三椭球气室结构对于高端多组分组合式气体传感器的实现有着重要的意义。

针对体表组织较厚部位的血管识别困难的问题，提出一种用于体表血管提取与三维成像的双目系统与图像处理算法。成像系统设计采用会聚双目近红外增强相机与近红外LED阵列，并基于朗伯特辐射模型优化了LED阵列的辐照分布均匀性。图像处理算法先通过以Frangi滤波为基础的单目图像处理流程提取左图像中血管骨架，再通过改进的滑窗匹配算法结合右图信息计算血管骨架深度。实验分析了该系统在手背、小臂、颈部以及仿体模型上的血管提取效果、立体匹配有效率以及处理速度，验证了该系统在体表组织较厚部位的实用性。

本研究尝试将As2Se3红外硫系透镜生产过程中产生的块体玻璃废料进行回收利用，首先将清洗后的块体玻璃废料球磨成粉体，然后采用粉体热压技术实现高光学质量As2Se3玻璃片的制备。研究了粉体粒度、热压参数对制备的As2Se3玻璃光学性能的影响，对比了粉体热压法和熔融淬冷法制备的As2Se3玻璃的性能，评估了通过粉体热压途径制备红外硫系玻璃的可行性。结果表明：随着球磨时间的延长，As2Se3玻璃粉体的平均颗粒尺寸逐渐减小，且颗粒尺寸的分布趋于更加均匀；使用平均颗粒尺寸为9.7 μm的粉体(球磨10 min)，在压力为40 MPa、热压温度为250 ℃、热压时间为10 min的条件下获得的热压玻璃的致密度达到99.8%，其折射率与熔融淬冷法制备的玻璃的折射率接近(在10 μm波长的折射率差仅为0.003)，在10 μm波长的透过率达61%(理论透过率为63.7%)。通过进一步提高玻璃粉体的纯度和尺寸均匀性，有望制备出与熔融淬冷法制备的玻璃性能相当的热压玻璃。

设计了由光源、气室、探测器和控制器等组成的非分散红外吸收系统, 往气室内通入不同浓度的多组分气体(含有乙醇、二氧化碳和水蒸气), 采用红外光谱仪进行光谱数据采集, 得到多组分气体混合光谱图。根据数据集样本求解回归系数, 建立了多元线性回归模型, 并进行干扰修正以降低二氧化碳和水蒸气对乙醇浓度预测的影响。对建立的多元线性回归模型进行评价, 结果表明: 模型真实有效且具有良好的线性回归效果, 可以用于预测气体浓度, 乙醇、二氧化碳和水蒸气浓度预测误差均在可接受的范围之内, 其中乙醇浓度预测误差最小, 不超过 2.0×10－4。通过干扰修正尽可能排除二氧化碳和水蒸气的干扰, 能够较准确地预测乙醇浓度。

对比常规三维激光正置扫描技术，研究了三维激光倒置扫描关键技术。研究倒置扫描入射角技术，确定了硬件三脚架倒置安装条件，满足合理的扫描入射角，达到点云的较好采集效果。在软件方面研究了高效自动去除噪点技术，实现倒置扫描噪点的自动高效去除。通过试验比较，采用三维激光倒置扫描关键技术，能够较好实现倒置扫描且扫描效果较好，降低了现场工作强度，提高了工作效率，拓展了三维激光扫描技术应用领域，为采用倒置扫描技术、自动高效噪点处理技术等方面提供参考，同时，也为红外技术在图像融合、影像信息识别、图像降噪等方面提供借鉴。