利用计算机实时控制变光源相移技术,设计出一种新的投影莫尔3维轮廓投影成像测试系统,使系统的测试速度大幅度提高.采用垂直投影和双CCD倾斜成像机构,消除了反光和阴影,光强照明均匀,测量面积可达350mm×350mm,系统测量精度达到40μm.试验结果表明,所提出的方法和系统为大面积物体3维轮廓快速测量提供了一种有效途径.

介绍了超磁滞伸缩执行器的自由能磁滞模型,对该自由能磁滞模型的数值计算进行了具体分析,由此提出了该自由能磁滞模型的四种数值实现方法;比较了四种数值实现方法的计算精度和计算效率,并与已有文献的实验结果和计算结果对比,得出近似Gauss-Legendre积分法进行积分离散化与矩阵表示法实现核函数相结合的方法在保证计算精度的同时,大大缩短了运算时间,是超磁致伸缩执行器的自由能磁滞模型的四种数值实现方法中的最优算法.

在分析超磁致伸缩致动器热变形影响的基础上，结合实验论证，构建了在大电流、长时间且高精度场合下能对致动器进行整体温控的装置。设计并制作了一台超磁致伸缩致动器样机，在其电磁线圈的骨架中设置了内外两个水冷腔。通过恒温水的循环流动，带走线圈热量，以控制磁致伸缩棒和壳体的温度。进行了多组热变形对比实验，结果表明，致动器的整体温控装置有效地抑制了致动器的热变形影响，适合于大电流、高精度场合。

为磨削加工出高精度、高质量的非球曲面器件,从理论上分析影响已加工表面粗糙度、轮廓精度的各种主要因素;设计研制一套超精密非球曲面磨削系统,其工件主轴、横溜板、纵溜板及磨头主轴均采用气浮形式,工件主轴的回转精度为0.05μm,磨头主轴最高转速为80 000 r/min,其回转精度为0.1μm,横溜板和纵溜板的直线位移分辨率可达4.9 nm,而磨头中心高微调机构可实现0.1μm的精确微调;用已经研制成功的这套磨削系统进行了非球曲面的磨削实验,结果表明,其磨削加工的零件轮廓精度为0.4μm,表面粗糙度Ra优于0.01μm。

根据超声波回波信号是一个变幅周期性信号这一特点,提出一种用数字细分来精密测量超声波传输时间的方法,阐明了超声波换能器驱动电路原理及利用FPGA电路和高分辨率A/D电路通过高频采样来实现这一方法的原理,并采用该方法和电路设计了超声波流量计。指出超声波传输时间测量的分辨率取决于超声波信号的频率和A/D电路的分辨率,为保证测量精度,应尽可能采用较高的采样频率。超声波传输时间的测量综合了全部回波信号采样数据,有很好的可靠性和很强的抗干扰能力。

建立了不平衡量振动力学模型,然后利用离散小波变换对所采集的信号进行消噪处理,提取有用的低频信号,进行频谱分析,并提出了离散傅里叶变换快速算法.根据DFT运算结果,在频域提取不平衡量所对应的幅度和相位,有效地滤除了信号中混杂的低频及高频干扰,最后基于中值滤波原理求出不平衡量的幅度及相位估计值.本系统不平衡量测试精度小于10 mg*mm,相角小于2°.结果表明了该算法的可行性.

二级串联压电双晶片(串联臂)一端固定时,在特定的电信号控制下,自由端将沿椭圆轨迹运动.以串联臂为驱动元件,可用来驱动端面与其相接触的转子转动,构成串联臂压电微电机.研究了串联弯曲臂压电微电机的工作原理,设想了串联臂压电微电机的结构.

针对粗晶材料超声检测时严重的结构噪声使信噪比很低的问题,使用非线性时频分布对超声信号进行处理,充分考虑信号的时域、频域和相位的信息,根据超声信号在缺陷和噪声处瞬时频率的不同,结合超声信号的空间投影特点,提出了一种基于信号瞬时频率的超声信号处理方法.首先使用Choi-Willianms分布将信号变换到时频域,估计出信号瞬时频率,然后通过瞬时频率的有序度对超声信号进行加权处理.该算法充分利用了超声信号时域、频域和相位的信息,不仅消噪性能好,而且缺陷定位准确.

研究开发了一种大量程纳米级垂直扫描系统,该系统采用粗/精两级驱动,粗驱动子系统由滑动导轨、直流无刷电机、精密丝杠组成,精驱动子系统由平行平板柔性铰链和压电陶瓷组成。对平行平板柔性铰链进行了力学分析,并推导计算了其固有频率。该垂直扫描系统的粗位移和精位移由同一套激光干涉位移计量系统计量。该垂直扫描系统运动范围为0～40mm,运动分辨率为5nm。

对现有的商业化SPM进行了一些必要的改造,使其适合于扫描探针加工的要求.讨论了在DI公司多功能SPM基础上开发纳米加工系统的可能性,并提供了一套完整的信号施加、过程监测和环境控制的方法,实现了矢量式的纳米氧化加工,得到了30nm宽的氧化结构,为下一步进行纳米电子器件的构建奠定了基础.