酒精浓度的非接触式测量是一种新型的测量方法。对一些特殊行业有着很大的帮助，比如酿酒业测量酒的酒精浓度，工业上生产工业酒精等。为了便于测量不能接触的酒精溶液，文中设计了一种基于近红外吸收光谱特性的酒精浓度测量系统，可以对不同浓度的酒精溶液进行非接触式连续测量。对于酒精来说，在1300~1 350 nm的光谱段浓度定性反应非常明显，使用处于该波段的红外LED发光二极管，加上光电二极管、模数转换芯片、单片机和LCD屏幕组成该系统。通过使用该系统对不同浓度的酒精进行测量，利用最小二乘法找到酒精浓度和电压信号之间的函数关系式。这样就能通过测量电压值来反推出酒精浓度值。实验表明，在该红外波段下，采集到的电压值和酒精浓度之间有良好的二次函数关系，拟合优度达到了0.99946。测量结果显示，测量值和标准值之间的相关系数R为0.999911，平均绝对误差为0.64。与传统酒精计的0.5相差不大，重复测量和连续测量的方差分别为0.0044和0.0056，证明了该装置的稳定性和可靠性符合预期。而且通过优化电路和程序，选择更为精确的酒精计作为标准，可以使误差更小。该方案相比传统测量方法结构简单，速度更快，还可以进行连续测量。在现实生活中，制酒业、医疗行业和工业生产等行业都对于测量酒精浓度有着很高的需求。该装置可以在不损坏产品的情况下进行酒精浓度测量，它的连续检测能力对某些行业的批量生产有着很大的帮助。通过改良，可以实现自动化检测。除了企业生产，也可用于制造日常使用的便携式酒精浓度测量仪。

为了加快气体吸收光谱分析算法的求解速度、重构算法的硬件逻辑，采用现场可编程门阵列（FPGA）器件，结合波长调制光谱技术，研制了一种硬件可重构波长调制甲烷传感器。根据应用功能需求，可在硬件层面重构逻辑电路，从而更新系统工作模式和探测参数。采用流水线技术，对光谱分析算法进行了硬件加速，光谱分析部分的输入与输出之间的时间延迟仅为4.05 ms。实验分析了该传感器在连续、间歇两种工作状态下的波形与电流，证明了该系统工作模式的可重构特性，也证实了采用间歇式工作降低激光气体传感器功耗的可行性。采用正弦信号对FPGA算法部分的功能进行了测试，结果表明，测得的信号幅值与输入信号幅值的线性度达到了99.99%。采用中心波长为2 334 nm的分布式反馈激光器作为光源、光程为25 m的赫里奥特气室作为气体吸收池，开展了甲烷检测实验。传感器的线性度为99.97%，响应时间约为4.9 s。艾伦方差结果表明，当积分时间为0.5 s时，传感器的检测下限为7.8×10^-6。开展的甲烷泄露实验证实了该传感器的现场应用能力。设计的FPGA算法，通过硬件编程，可实现传感器工作模式与参数的灵活重构，在激光气体传感领域具有较好的片上集成应用前景。

片上集成的光波导气体传感器具有体积小、重量轻、功耗低、无需光路校准等优点，近年来光学气体传感器逐渐由体积较大的分立系统向片上集成系统演变。中红外波段的气体吸收系数大，但二氧化硅在中红外波段的损耗较大，所以常用的绝缘衬底上的硅材料体系不适用于中红外波段。因此，片上气体传感器需要采用硫系玻璃、锗等中红外透明材料来拓宽工作波段。同时，波导结构直接影响了气体对光的吸收，而且气体传感技术也会影响传感器性能。本文总结了基于红外吸收光谱的片上气体传感器的最新进展。介绍了片上气体传感方法、波导材料、波导结构、片上气体传感的理论和实验进展。阐述了矩形波导、狭缝波导、悬浮波导、微环谐振波导和光子晶体波导在片上气体传感领域的应用现状。最后对基于红外吸收光谱的片上气体传感器进行了展望。

纸币是国家发行并强制使用的货币符号，2019年中国人民银行发行的2019年版第五套人民币纸币，两面采用了抗脏污保护涂层，使纸币的整洁度明显改善。作为“国家名片”，在纸币生产过程中，对每一道工艺都有严格的质量控制，涂层是通过涂布机将涂布液转移、固化至纸币两面，由此称为涂布工艺。为了更加合理地控制涂布质量，生产中需要检测纸币涂层的厚度。针对该需求，文中建立了纸币图纹作为复杂衬底的涂层厚度光学漫反射模型，采用傅里叶近红外光谱仪和激光共聚焦显微系统对已涂布和未涂布的纸币进行识别并定量检测。文中首先根据涂层物质在近红外光谱可被有效识别的特点，对涂层的近红外吸收光谱数据提出了基于多元散射校正（MSC）与二阶导组合的分析方法，确定4 346.764 cm⁻¹为特征波数。再根据反射率、粗糙度对涂层厚度的模型解耦，最后通过激光共聚焦显微系统检测了已涂布纸币的涂层变化，并将其与模型的厚度解耦结果关联，得出测量涂层厚度最小为3.807 μm，最大为12.738 μm。最终结果表明该检测方法对纸币生产中涂层质量控制具有重要的实践指导意义。

基于非分散红外吸收光谱技术，利用CO气体分子在4.6 μm处的基频吸收带，采用宽带红外热光源和双通道热释电探测器，研制了一种用于早期火灾探测的红外CO传感系统。根据系统检测原理，对CO分子在红外波段的吸收谱线进行了选择；推导了光学矩阵理论，设计并优化了气室结构，优化后气室的吸收光程达到180 cm。对研制的锁相放大器进行标定，1σ检测下限为0.15 μV，背景噪声为38.89~43.23 μV。对传感系统的性能进行了实验测试。结果显示，CO的检测分辨率优于2.00×10^-5，响应时间为35~38 s。对纯氮气（N₂）样品进行了长达80 min的监测，其浓度波动范围为-1.42×10^-5~1.51×10^-5，当积分时间为0.25 s时，系统的检测下限为1.54×10^-6；当积分时间为300 s时，系统的理论检测下限可达3.50×10^-7。引入卡尔曼滤波算法来提高系统的稳定性，对纯氮气进行长达80 min的探测，引入该算法后系统的检测下限降低到原来的23%，同时，当积分时间为0.25 s时，检测下限降低到3.60×10^-7。利用该传感系统，开展了棉花、纸张和木材的火灾阴燃实验，研究了CO浓度随阴燃时间的变化关系，验证了可通过CO浓度的变化来探测火灾发生的方法，证实了该传感系统呈现出良好的早期火灾探测能力。

绿松石常见蓝色、 绿色和杂色等颜色, 其中蓝色和绿色者因颜色鲜艳, 价值最高, 因此绿松石优化处理品也多为蓝色和绿色。 利用有机树脂对质松色浅的绿松石进行充填处理(简称“有机充填”)是目前最主要的绿松石优化处理方式, 常见浸胶和注胶两种处理类型。 采用基础宝石学测试、 红外吸收光谱仪、 三维荧光光谱仪和X射线荧光光谱仪等测试技术分别对天然绿松石、 浸胶和注胶充填处理绿松石的宝石学特征及谱学特征进行了系统的对比分析和研究。 研究结果显示, 天然绿松石紫外灯长波下具中等至弱荧光, 荧光强度与色调和致密程度相关, 浸胶绿松石长波荧光强于相同颜色天然绿松石, 注胶绿松石长、 短波下均具有中等至弱荧光。 浸胶绿松石的红外吸收光谱显示, 除绿松石本身特征峰外, 还可见1 739 cm^-1附近ν(C=O)吸收峰和2 926和2 851 cm^-1亚甲基的吸收峰, 注胶绿松石除羰基及亚甲基吸收峰更强外, 还可见1 508 cm^-1处苯环骨架特征吸收峰。 三维荧光光谱测试显示, 天然蓝色绿松石具有一个Ex为370 nm的中等强度特征荧光峰、 半峰宽约为100 nm, 绿色、 杂色系和低致密度绿松石荧光极弱; 蓝色浸胶绿松石具有Ex为380~400 nm内的强对称荧光特征峰, 绿色浸胶绿松石可见一较强的荧光特征峰, 半峰宽约为80 nm; 蓝色注胶绿松石具有两个Ex分别为278和390 nm附近的较弱强度荧光特征峰, 绿色注胶绿松石具有中等强度的荧光峰、 半峰宽约为150 nm, 荧光峰区域范围增大可能因为含有较多有机物。 结合X射线荧光光谱仪分析Fe对绿松石的荧光会产生一定抑制作用。 绿松石荧光特征和三维荧光光谱测试作为无损检测技术, 具有测试简便、 快捷、 有效的特点, 对准确鉴定绿松石和有机充填处理品具有重要的现实意义。