由于分子结构的高相似性, 烃类气体混合物中各组分红外光谱谱峰重叠严重, 导致浓度的精确监测一直是化学计量学的难题。 为了应对这一挑战, 提出一种粗精选策略二进制灰狼优化（RSBGWO）算法, 用于优选红外光谱特征, 建立高精度定量分析模型。 该方法以交叉验证下光谱定量分析模型的均方根误差（RMSECV）平均值作为适应度函数值。 在粗选阶段, 进行第一次全局迭代, 更新α狼、 β狼和δ狼所选特征变量的位置信息； 在精选阶段, 结合α狼所选的特征变量以及剔除α狼未选中特征变量位置后的β狼和δ狼特征变量, 更新狼群位置信息, 逐步降低RMSECV值, 提取为全局最优特征波长, 并引入非线性收敛因子加快收敛速度。 该算法在采集的359个混合烷烃气体样本的红外光谱数据集上进行了实验测试并验证了所提算法的效果。 与bGWO和bPSO特征提取算法比较, 基于本文提出的RSBGWO算法建立的MLR模型在分析甲烷、 乙烷、 丙烷和二氧化碳气体浓度时, 特征选择数量均降低了96%以上, 预测均方根误差（RMSEP）均低于数据采集过程中所使用的配气系统的仪器误差, 相对预测偏差（RPD）均提高了15以上。 相对于全谱建模的MLR模型和PLS模型, 基于RSBGWO算法建立的MLR模型和PLS模型的预测精度有显著增高, 预测效果对定量分析模型的依赖性降低了。 实验结果表明, 提出的方法具有优秀的红外光谱特征提取能力, 能够明显提高定量分析模型的预测效果。 该方法能够促进光谱检测技术在生物制药、 食品化工、 油气勘探等领域的应用, 尤其是在含同系有机物混合物的应用场合。

动镜是FTIR光谱仪中唯一不断运动的部件, 动镜的匀速运动性能以及动镜与定镜的准直性好坏影响干涉效果和光谱图质量, 直接制约着仪器的精度和分辨率, 对仪器整体指标起着重要作用。 文章围绕FTIR光谱仪中干涉仪动镜运动的匀速性以及其与定镜的准直性展开研究, 使用相位检测技术对定镜的姿态作出动态调整以补偿动镜与定镜间的倾斜夹角, 并且设计了具有磁悬浮特点的动镜支撑系统。 文章采用改进的模糊PID控制算法实现动镜运动速度的精确调节, 对该控制方案从硬件设计和算法上实现。 结果表明所研发的动镜运动控制系统具有足够的精度和实时性, 能够保证FTIR光谱仪中干涉仪所需的准直性及动镜匀速性的要求。

研制了一套全新的自动安平机构，以解决传统激光扫平仪无法同时兼顾安平精度、范围和速度的问题。首先，改进了传统自动安平仪器中的倾角传感器，设计了一种带有补偿环节的电子水泡以满足仪器的精度要求; 其次，基于PID控制方法设计了用于实现仪器自动安平的闭环控制系统，同时引入模糊控制思想，使其达到了仪器自动安平的速度要求; 最后，优化了仪器机械结构，有效增大了仪器的安平范围。实验测试结果表明，该扫平仪在-10°～+10°的安平精度达到10″，且自动安平时间小于10 s。传统的激光扫平仪相比，设计的安平仪具有安平精度高、扫描范围大和安平速度快等特点。