阐述了基于原子力显微镜（AFM）的弯曲测试测量纳米梁杨氏模量的理论和方法.重点解决了纳米梁杨氏模量测试技术中的3个关键问题：①宽梁条件下杨氏模量理论模型的修正;②纳米梁厚度的精密测量方法;③加载点位置相对于理想点的偏差给测试结果带来的不确定度的评价方法.实验结果表明,本测试结构硅纳米梁杨氏模量的测试值为（183.79±4.18）GPa.

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．

针对一种用于微结构几何量测量的微机电系统（MEMS）三维微触觉式传感器，开展了传感器的性能测试，系统评价了该传感器的性能。为了检测传感器的输出信号，提出了敏感梁上排布16个压阻的三维差动式压阻排布方式，并研究相应的压阻信号的全桥检测方法和微弱信号的调理电路，研究了基于高精度坐标定位平台的传感器三维性能测试方法和测试装备。通过实验，获得传感器的轴向100nm的分辨力，4．7μm的量程，低于0．15％的线性误差，低于0．5％的轴间耦合度；以及在横向100nm的分辨力和低于0．37％的线性误差等性能参数。

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。

对由压电陶瓷的压电误差造成的扫描探针显微镜扫描器的运动误差进行了较详细的实验研究和理论分析，分析了各项误差的产生原因及其实验现象，据此可对误差进行判断和修正。

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.

针对一种MEMS三维微触觉测头，构建了基于Suss Microtec三维微定位器和PI压电陶瓷的动态测试装置，对测头的动态性能进行了表征．分别测试了测头在轴向和横向负载下对不同幅度低频振动信号的响应情况，研究了测量过程的短时重复性能．结果表明，压电陶瓷位移。电压曲线的非线性误差在轴向测量模式下小于0．102％，横向测量模式下小于0．507％

碳纳米管具有小的半径、高的长径比、高的弹性模量和弯曲强度和导电特性,这使得它很适合做原子力显微镜探针进行高分辨率测试和纳米级加工,并使加工的纳米点、线和复杂图形在加工过程中保持比较一致的形状和高的纵横比.文中提出了一套制备碳纳米管探针的热丝化学气相沉积(HF-CVD)装置,叙述了HF-CVD的原理、装置以及在纳米加工上的应用.

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．

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。