本文研究了基于Win98/2000的低频力学谱仪的先进测试技术——虚拟仪器、相位差的数字相关计算、内耗固有背景的处理、Windows操作系统下的精确定时采样、直接数字频率合成产生低频信号等。文中还给出了基于Win98／2000的低频力学谱仪的组成和典型实验数据。本文研制的低频力学谱仪在测量精度、测试自动化程度及数据处理等方面的性能与以往的固体内耗仪相比都大大提高了。

研制了低温环境下MEMS动态特性测试系统。对低温环境的产生及其关键问题、低温环境下的激励方法、信号检测方法,及高速数据采集方法进行了初步研究。采用半导体冷阱产生低温环境,为防止低温下结霜对测试精度造成影响,测试在真空环境中进行。研制了基于压电陶瓷的底座激励装置,用于低温环境下对微器件激励。采用2种方法用于低温环境下微器件振动响应信号的检测,一种是采用内置敏感元件的方法,被测微器件受到激励后自身输出信号,经高速数据采集单元采集进入计算机 另一种是采用激光多普勒测振仪在低温环境外部进行检测。以LabVIEW为平台开发了测试系统控制软件,实现了微器件激励、数据采集、存储自动化。对系统的总体设计、硬件组成、系统功能、实验研究等方面作出了详细阐述。

基于电磁力平衡传感器的电子分析天平非线性影响复杂,现有天平的非线性补偿主要依靠硬件电路实现,调试烦琐,示值误差大,一致性差。分析了电磁力平衡传感器的动圈位置、工作电流、环境温度、永磁体性能等非线性影响机理,提出了电磁力平衡传感器机械平衡优化与空间限位、取样电阻与传感器匹配、传感器多点温度测量等硬件优化方法,建立了电子分析天平非线性影响的牛顿插值补偿算法,实现了电子分析天平的非线性自动补偿。检验结果表明,采用研究的补偿方法对量程210g、分辨力0.1 mg的电子分析天平补偿后,全量程示值误差≤±0.3 mg,优于国家标准《JJG 1036—2008电子天平检定规程》规定的一级天平示值误差指标。

针对瞬变电磁信号具有早期幅值大、衰减快，晚期信号微弱、衰减缓慢的特点，设计了高速12位A／D和高分辨率16位A／D分段采集的瞬变电磁接收机，解决了以往单A／D采样速率与动态范围不能同时兼顾，无法同时精确记录瞬变电磁早期信号和晚期信号的问题。接收机具有2个并行的采集通道，最高采样率为1MS／s，并采用了浮点放大技术，使探测的有效信号动态范围达到153dB。

大型高速旋转机械是电力、能源、化工、航空和船舶等行业的关键设备,其稳定运行是安全、高效生产的决定性因素。为了监控或检测这类机械的运行参数,确定其整体或局部的性能是否正常,设计了用于高速旋转机械径向振动检测的反射式光强调制型非接触式光纤传感系统,对检测系统的工作原理做了详细介绍。对半导体激光器恒稳控制系统和激光光纤耦合系统进行了研究,并给出了相应的系统设计。设计了新型的光纤测头,提出了相应的补偿方案,并对其输出特性进行了详细的分析。研究结果表明,该测试系统能有效地消除因光源光强波动、光纤弯曲损耗、表面反射率等因素对输出特性的影响,可以在电磁干扰严重和高温等恶劣环境下实现对高速旋转机械径向振动的检测。

在分析管道中超声导波时反聚焦原理的基础上，设计并实现了一套适合激励压电换能器阵列，并对管道中超声导波能量在缺陷处进行时间一空间聚焦的时反聚焦检测系统。该系统实现的关键技术为：改进DDS（directdigitalsynthesis）结构，实现脉冲激励电路对时反特征信号进行合成发射；采用脉冲方式，实现小体积大输出功率的宽带线性功放电路；通过时反聚焦检测过程，实现管道中超声导波能量在缺陷处的时间一空间聚焦。采用该系统进行八通道时反聚焦检测实验，其结果表明，对于所用的含缺陷的管道而言，在特定的检测条件下，缺陷回波信号的幅值相对常规检测可提高246％，并且很好地抑制了导波的频散和多模态特性，提高了回波信号的信噪比。

摆臂式轮廓测量法通过测量非球面与某一球面之间的偏离量实现对非球面形的测量,但无法测量非球面的顶点曲率半径。在开发了测量试验系统的基础上,通过对测量原理的深入研究,利用被测非球面名义面形与测量数据建立了测量参考球面半径非线性最小二乘优化模型,利用该模型,可以在测量非球面形误差的同时获得被测非球面的顶点曲率半径值。同时分析了该模型的理论收敛误差,并在MATLAB下对算法进行了仿真。最后对直径200mm,顶点曲率半径1400mm的凹形抛物面镜进行了测量实验。仿真和测量试验表明了算法的有效性。

在对线聚焦超声传感器声场进行数值模拟和实际测试的基础上，设计了用于海底管道缺陷自动检测的线聚焦超声传感器阵列。用该阵列对样管中的缺陷进行了实际检测。测试结果表明，该阵列对管道中的轴向裂纹有很好的榆出率。通过对测试信号进行分析，发现信号经二级自适应滤波去噪后，可得到更好的检出效果。

光学角偏差为航空透明件的一个最重要光学性能指标。介绍了一种航空透明件光学角偏差测试仪,其光学系统采用LED光源、双光路、千兆网面阵相机等技术,实现了光学角偏差自动检测,并增加了分辨率检测功能。光斑位置检测为角偏差测试中的关键技术,其判断精度直接决定了仪器的精度。在模板匹配算法的基础上提出了一种新的检测光斑位置的亚像素算法,提高了仪器的测量精度。仪器的角偏差测量范围为±42.6′,测量的绝对误差≤±7″。

针对极端环境下扭矩测量国内外尚无较好测量方案的现状,提出一种新的环形球栅扭矩测量原理。采用特制的球栅圆环和专用的电磁检测器组成一种非接触式扭矩传感器,该传感器具有抗振、防水、防尘、防油并且高灵敏度的特性。然后介绍了基于环形球栅传感器的扭矩测量方法,即通过检测机械轴两端的环形球栅传感器所输出的正弦信号的相位差来检测扭矩的方法。并在LabVIEW平台下进行了扭矩的测量原理实验,其结果初步证实了环形球栅测量扭矩的可行性和可靠性。