微机电系统（MEMS）动态特性的测量在MEMS研发过程中具有极为重要的地位．提出一种用于微结构离面运动快速测量的光学测试系统及方法．该系统基于Mirau显微干涉技术，以时间平均干涉法实现可动微结构离面动态特性的测量-系统采用4步相移调制方法得到调制干涉条纹对比度的零级Bessel函数分布．在微谐振器件上进行的实验说明系统可以测量任意频率的离面运动，水平分辨力在微米范围内，离面探测极限在5nm左右．

移相干涉测量中对移相器的移相误差进行测量与补偿是提高该测量方法准确度的有效手段。通过研究移相干涉移相误差对测量结果的影响,提出了测量移相器工作时位移与角度变化的方法,建立了相应的实验测量装置,实现了移相器的位移及角度变化的测量。根据移相器中位移与角度的数学关系完成了移相误差的补偿,修正后的移相效果在移相干涉仪中采用了整周期移相干涉图灰度差值的方法进行了验证。

研究了采用微悬臂梁上集成的ZnO压电薄膜作为微驱动的探针的直接激振方法，比较了间接激振和直接激振方法下探针在液体中的振动性能，以标准生理溶液中的海拉细胞为样品，对原子力显微镜在液体环境下轻敲模式的成像性能进行了实验研究．研究表明，采用压电探针的直接激振方法在探针振动的幅频曲线中仅有单一谐振峰，可以避免在压电陶瓷管激振方法下由液体振动造成的寄生谐振峰，因此使用压电探针不仅提高了探针振动频率的控制精度，而且减小了针尖对样品的损坏，还提高了仪器的带宽和成像速度．对于512×512点阵和60μm×60μm范围的图像，使用该方法可将采集速度由原来的2～3min／帧提高到15-20s／帧，并且扫描速度的提高对原子力显微镜在动态过程中的研究有着重要的参考价值．

利用纳米测量机（NMM）和原子力显微镜（AFM）实现了高精度的台阶高度评价,该系统的测量范围可以达到25 mm×25 mm×5 mm。文中描述了NMM和AFM的工作原理,说明了NMM的高精度定位性能,系统利用NMM实现x、y方向的扫描,AFM测头只是作为零点传感器,通过将AFM的悬臂梁反馈控制信号引入到NMM的数字信号控制器中,NMM实现在z方向的辅助测量,这种测量模式减小了AFM的PZT扫描器固有特性对测量的影响。根据ISO 5436—1：2000的评价方法对经过标定的台阶高度进行评价,14次测量的标准偏差为0.52 nm。

针对目前我国在钢轨超声探伤仪的落后现状,提出一种以单片机＋DSP＋CPLD为核心的高速数字信号处理技术,利用该技术研制的数字式钢轨超声探伤仪很好的解决了单处理器在处理与传输等方面的不足,使波形稳定度完全达到了铁道部的规定,探伤速度,精度等方面也有了很大的提高,并且实现了回波存储和重放、报警处理、轨型选择等等功能,满足了便携式钢轨探伤仪的实际需求.

微结构动态特性的测试方法对研发可靠的、能市场化的微机电系统(MEMS)是必需的.开发出了一种测试系统,能使微结构的三维运动可视化.系统包括:利用光学显微镜来实现微结构的放大,并将图像投影到CCD摄像机上;利用光切方法来获取一系列图像,以此来表征微结构的三维运动;利用频闪照明来冻结微结构的高速运动.通过研究微加工水平谐振器在激励条件下的三维运动,论证了系统的功能.

频闪同步控制系统是微机电系统(MEMS)动态测试系统中的重要组成部分.为了满足MEMS发展对测试系统的需求,基于频闪成像技术,设计了一套频闪同步控制系统,用于采集高速运动的MEMS器件的清晰图像.系统采用虚拟仪器方式,通过软件控制波形发生器生成各类逻辑控制信号,驱动CCD摄像机、光源和图像采集卡等设备协调工作.实验表明,测量平面运动时,系统在50倍放大倍率下,可测器件运动速度达5.1 m/s,测量分辨率优于180 nm,测量重复性为40 nm.

描述了一种基于相移显微干涉术的MEMS测试方法，达到了纳米级分辨力．从理论上分析了4种常用相移算法对测量过程主要噪声（相移器的移相误差和探测器的非线性响应误差）的抑制作用，并选定了适合本系统的Hariharan算法．通过对经过美国国家标准研究院（NIST）认证的一个台阶高度的测量，验证了各种算法的测量精度，说明Hariharan算法对噪声有更强的抑制作用，其测量重复性在亚纳米量级．

针对微小结构几何量测量的需求,通过集成MEMS微触觉测头和纳米测量机构建了高精度的测量系统。在验证测头性能的基础上,完成了一系列判断测头测量分辨力和精度的实验,在轴向、同向横向、异向横向三个方向测量的标准偏差分别为41.7552nm,6.05μm,6.16μm,同时,在扫描实验中进程回程扫描差值的标准偏差为23.088nm。

基于DSP和FPGA的特性，设计了以DSP、FPGA为核心器件的激光数控加工系统及相关软件。系统采用了加、减速区分析算法和双存储器组交替加工等技术，使其在加工非规则图形时也可以达到很快的加工速度，并且从根本上解决了加工中的停顿问题。