针对激光传输实验中传输内通道空间狭小、CO₂浓度低的特点，结合波长调制TDLAS技术，设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的数字锁相放大器，实现锁相放大和数据采集功能一体化，并将其成功应用于低浓度CO₂检测中。为解决低浓度CO₂吸收微弱、噪声强等问题，设计了高精度ADC模块，电压分辨率可达0.3 mV；基于DDS原理内部产生正余弦参考信号，保证谐波信号单一性，且实现参考信号频率可调节，覆盖范围1~40 kHz；改进了CIC滤波器，并通过降采样级联FIR滤波器的方式，以较少的硬件资源消耗实现窄带低通滤波，积分时间200 μs~20 ms可调；基于CORDIC算法实现平方和开根运算，相较于JPL算法精度更高。为系统更加小型化，基于Qt实现上位机并结合串口通信，使锁相放大器兼具数据采集处理功能。常温常压光程30 m条件下，测量了CO₂在2 μm波段的吸收光谱，获得波长调制吸收光谱信噪比为102.6，相较于直接吸收信噪比8.8，提高约11.7倍；设计并开展低浓度CO₂标定实验，获取二次谐波信号幅值和CO₂浓度之间的线性关系，相关度为0.996；在纯氮气条件下，利用Allan方差评估了系统性能，平均时间为2 s时，系统检测下限1.30 ppm (1 ppm=10⁻⁶)，平均时间为180 s时，系统检测下限0.19 ppm；分析了系统响应时间，可在0.5 s内获取气体浓度。实验结果表明，设计的数字锁相放大器具有测量灵敏度高、参数可调节、能够实时处理和小型化的特点，可满足传输内通道中低浓度CO₂的检测需求。

为满足重离子治癌加速器装置（HIMM）回旋加速器引出段束流流强的测量需求，设计了新的束流流强测量系统，该系统利用积分电流变换器（ICT）及锁相放大器等配套电子学，能够实现束流流强的非拦截实时测量。文中首先分析了中能束线（MEBT）束流流强的测量需求，并对设计方案进行了实验室系统分析和在线束流强测量。实验室结果表明，锁相放大器的幅度和相位响应一致性满足测量需求。由于ICT对束流流强的测量是相对测量，先使用法拉第筒对ICT进行在线标定；标定前先对法拉第筒（FC）（20 μA档位）和ICT系统的流强分辨在线测量，分别为6.45 nA和5.163 nA。由于束流抖动的影响，测量的束流的稳定性约90 nA，其对应的相对测量误差约8%，ICT系统响应时间小于1 ms。测量结果表明，该系统满足物理测量需求。回旋加速器高频系统参数变化引起ICT标定系数变化的工作将在进一步工作中展开。

针对甲烷在大气中背景气体成分复杂、检测难度大、稳定性差等问题，本文基于可调谐二极管激光吸收光谱技术和波长调制光谱技术，将积分梳状滤波器与有限脉冲响应滤波器相结合应用于数字正交锁相放大器，开展大气中甲烷气体的痕量检测实验研究。实验表明，与传统的数字正交锁相放大器相比较，改进的数字正交锁相放大器提取的二次谐波信号的信噪比从38.61 dB提高到44.95 dB；将非线性迭代最小二乘法-极限学习机算法模型应用于甲烷气体浓度反演，与经典的最小二乘法相比较，其均方根误差减小了0.907；通过16组浓度步进实验测试，该系统的实际检测下限为1 ppm；在压力为600 mbar，温度为25℃，甲烷浓度为50 ppm进行3 h的长期稳定性测试，检测的甲烷浓度变化范围为49.6~50.3 ppm，其标准差为0.092 1 ppm。当积分时间达到56 s时，该系统的理论检测极限为25.6 ppb。积分梳状滤波器和非线性迭代最小二乘法-极限学习机算法模型在红外气体检测方面具有较高的优越性和实用前景。

针对自行研制的真空紫外-极紫外（VUV–EUV）波段反射率计运行需要，基于LabVIEW软件构建了该反射率计控制和数据采集系统。详细介绍该系统的组成和主要硬件单元模块的控制流程与方法，并给出准直调试程序和反射率数据采集程序的架构、用户界面和数据采集方法。提出的新数据采集算法有效提高了弱信号条件下反射率测量的可靠性。利用该控制与数据采集系统，对Si基板开展了准直校准与反射率测量实验。结果表明，在7.5°～87.5°范围内直通光电流信号为20 pA时仍能获得可靠的反射率，且基于入射光监测方法的反射率测量实验结果与理论计算相符更好。除在布儒斯特角附近信号电流小于本底电流0.7 pA时，反射率重复测量误差优于1.6%。