海面油膜厚度的准确检测对环境保护、溢油事故预警与灾后治理具有重要意义。本文依据技术指标要求,基于课题组提出的差分激光三角法的油膜厚度测量方法,进行了传感器优化研究,完成了光路结构的设计以及误差补偿方法的研究。所做工作如下:1依据直射式激光三角法厚度测量原理,对垂直接收和倾斜接收方式进行了对比分析。介绍了差分激光三角法油膜厚度测量方法,推导了水-空气两种介质中的激光三角法厚度计算表达式。2根据技术指标要求对测量传感器进行了设计,采用CCD倾斜接收方式,满足了恒聚焦条件。在此基础上,绘制了传感器光路结构机械图,并设计加工了样品池及标准量块卡具。3完成了油膜厚度测量传感器实验系统的搭建,进行了传感器的标定和不同测量环境下不同厚度的陶瓷量块的测量实验,折射率1.3332的自来水中的厚度实验结果表明,测量结果的绝对误差小于0.025mm,相对误差优于1.1%。4分析了海水折射率变化对测量精度的影响机理,研究了测量误差随折射率变化的规律,提出了一种基于二维曲面拟合的误差补偿方法,并对补偿效果进行了实验验证。