为了通过激光散射特性识别不同粗糙程度水泥路面, 设计了路面粗糙度测量系统。使用千分表测量水泥路面高度分布, 计算高度均方根与相关长度。根据以上参量采用功率谱频域滤波生成随机粗糙表面以模拟水泥路面, 通过切平面近似将粗糙面离散为大量微面元, 由菲涅耳公式计算本地场, 利用蒙特卡罗方法获取不同偏振光入射条件下粗糙面双向与后向散射光强度统计平均值。基于虚拟仪器技术进行高精度自动化激光散射测量, 并根据实验数据对理论模型进行了验证。结果表明, 双向散射小粗糙度水泥路面散射光强度在镜像方向散射角40°附近具有峰值90lx, 在镜像方向两侧逐步递减, 大粗糙度水泥路面光学特性近似为朗伯体, 散射光强度在各散射角方向变化不大; 后向散射在垂直入射时, 小粗糙度水泥路面散射光强度峰值为103lx, 随散射角增大逐渐递减, 大粗糙度水泥路面具有朗伯体散射特征。此研究结果可为车辆自主驾驶方案路面信息感知提供参考。

为满足种类繁多、功能复杂集成电路的单粒子效应评估需求, 克服目前国内地面单粒子辐照实验环境机时紧张、物理空间有限等方面的限制, 设计实现了一款高效通用的集成电路单粒子效应测试系统。创新性地采用旋转立体垂直结构, 包含一个多现场可编程门阵列 (FPGA)电测试平台、运动控制分系统和被测器件装载板。便携式箱体结构仅需 3个 DB9接口即可完成所有与外界连线; 基于 LabVIEW实现上位机交互界面, 界面友好; 基于多 FPGA平台实现下位机测试程序, 灵活可扩展, 通用性强。可实现 8种 300及以下管脚集成电路的一次安装、自动切换和 10°~90°的角度辐射。实时监控并后台记录翻转数据、翻转时间、电路状态等细节信息, 测试频率可达 100 MHz。已通过专用集成电路 (ASIC)、静态随机存取存储器 (SRAM)、控制器局域网络 (CAN)接口电路等集成电路的多次实测, 验证了该系统的可靠性及其高效稳定、集成度高、安装调试方便等特点。

为了实现基于准分子激光光源的应用系统集成和激光的功能扩展, 设计了一种新型的准分子激光器控制系统, PC端基于LabVIEW软件实现人机交互, 激光端基于微控制单元(MCU)主控模块控制硬件电路及检测传感器信号等, LabVIEW与MCU采用光隔离的RS232通讯, 通过虚拟仪器实现计算机对准分子激光器的实时监测和控制。结果表明, 该系统结合PC端的良好人机交互以及MCU端高效稳定实时控制等特点, 有效地实现了放电激励准分子激光器强电磁干扰下的整体控制系统的设计。该研究对基于准分子激光光源的应用系统的集成和功能扩展有参考意义。

在种子呼吸 CO2检测系统中, 为了解决传统方法无法对种子呼吸 CO2浓度实时测量的难题, 本文根据种子呼吸 CO2的特点, 基于可调谐二极管激光吸收光谱 (TDLAS)技术设计了基于虚拟仪器 LabVIEW的种子呼吸检测系统。该系统主要包括激光光源及其控制器、基于多次反射池结构的种子呼吸容器、数据采集模块。上位机软件中主要设置了数据采集、信号处理、浓度反演等功能模块, 其中浓度反演采用正交矢量的锁相放大算法, 避免了参考信号与待测信号相位差产生的误差。实验结果表明, 采用虚拟仪器软件实现的种子呼吸 CO2检测系统, 能够有效检测种子呼吸变化, 抗干扰性和稳定性都较优, 为后续的实验开展研发奠定了基础。

为了解决10 m气步枪运动员日常训练中需要消耗大量子弹和靶纸的问题, 使用LabVIEW设计了一套基于图像处理技术的激光模拟射击自动报靶系统。此系统在10 m气步枪基础上加装扳机压力传感器、蓝牙模块、激光器等, 使用激光束代替实弹, 使用摄像头模块捕捉靶纸上的光斑图像并传输给计算机程序, 利用LabVIEW程序的图像处理函数进行处理得出瞄准轨迹、扳机压力曲线和环数成绩等提供给教练及运动员查看分析。相比与传统的人工判靶, 该系统除了解决训练中消耗大量子弹和靶纸的问题, 还在报靶的效率、精度、公平性等方面具有一定的优势。

针对光谱仪减振架振动检测，开发了振动信号分析系统；采用图形化开发工具。本测试平台分为两个部分：硬件部分通过加速度传感器、信号调理电路和 PXIe4497数据采集卡把振动信号转换输入到计算机中；软件部分利用 LabVIEW平台实现数据采集及分析的功能，从时域、频域和时频域角度对其进行特征提取。测量时最大的误差为 3.327%，处于正常实验测量误差。

为了实现87Sr原子光钟的闭环运行，根据将超稳激光频率锁定在钟跃迁超精细能级自旋极化谱双峰中间的锁频原理，设计和实现了锶原子光钟闭环控制系统。首先，详细分析了87Sr原子光钟闭环运行的具体需求, 包括冷原子制备及钟跃迁探测、闭环锁定等阶段中所需要的控制信号及其时序; 然后，根据该需求设计了时序控制和频率控制的物理系统; 最后，利用LabVIEW虚拟仪器开发平台和NI硬件系统设计了87Sr原子光钟的闭环运行的自动化控制程序。实验结果显示，采样时间为3 000 s的光钟频率稳定度为5.7×10-17，拟合得到的环内稳定度为5×10-15/τ1/2，表明该控制系统的精度符合锶原子光钟的闭环运行要求。

为适应微电子制造装备中精密位移反馈装置的要求, 提出并设计了一种新型宏微复合光栅尺测量系统.测量系统采用LabVIEW虚拟仪器系统高速采集图像数据, 通过图像处理算法对放大后的光栅栅纹进行边界处理, 将其细化为线再转化为像素点, 并补偿运动过程中的微量位移来提高精度.实验结果表明：电机速度为1 mm/s, 行程为100 mm内时, 该系统产生的位移误差可控制在1.5 μm内, 分辨率可达0.275 μm.与传统光栅尺测量中需对莫尔条纹进行电子细分相比, 本测量系统可以有效消除光栅尺破损、污染、倾斜、光源不稳定等干扰给测量带来的影响, 同时保持微米级别的测量精度, 特别适用于敞开式光栅尺长行程的测量领域.

设计了一种基于虚拟仪器技术的角分辨空间激光散射测量系统。以双向反射分布函数( BRDF )作为理论基础,采用虚拟仪器技术对空间激光散射测量系统进行编程,实现了对测量系统的运动控制,散射光实时采集、处理、显示、数据保存等功能。系统采用相关检测技术进行信号处理,抑制系统背景噪声,以直线型划痕为例进行实验,当入射光投影与划痕在不同夹角时,探测器以光学元件为中心做圆周运动,以测量不同圆周上的散射光,实现双向反射分布函数( BRDF )测量。该系统空间方位角测量范围为0°～360°,角分辨率为0.1°,系统动态范围可达1011量级。测量结果表明该系统具有很好的重复性和稳定性,对实验结果进行分析可得粗划痕散射率大于细划痕,前向散射大于背向散射。

针对红外成像导引头在复杂干扰背景条件下难以获取动态性能指标的问题，分析了红外成像导引头动态性能参数体系，基于红外图像注入技术设计开发了动态指标测试系统。该系统能够模拟典型的红外目标和干扰信号，并对导引头输出信号进行采集、处理和分析，最后给出动态性能测试结果。通过对某型号红外成像导引头的测试和验证，证明了该系统工作高效、稳定，为红外成像导引头的动态性能测试提供了有效的方法和手段。