设计了一种基于尺蠖运动原理的大行程纳米级步距压电微动台,变传统单驱动器结构为双驱动器结构,采用“推-拉”接力运动原理,实现了大的驱动力与行程.利用有限元方法对压电微动台的结构和静、动态特性进行了研究.实验结果表明,压电微动台的运动范围为11 mm,稳定性好,载物力可以达到24.5 N,最小步距小于20 nm.

激光干涉系统的测量精度会受到系统本身机械结构及光学元件布局的影响，因此采用了耦合差动干涉的方法，使影响测量精度的各种因素尽量由干涉系统自身予以消除，提高了干涉仪的分辨率和稳定性．利用以Heydemann修正模型为基础的误差补偿方法，对干涉信号中存在的非正交误差、不等幅误差及直流电平漂移误差进行了修正．根据多点拟合的原理，提出了减小运算量的新算法．设计了以C8051F005单片机为核心的电路补偿模块，实现了以上3种误差的实时补偿．实验结果表明：通过采取以上措施，该干涉测量系统在10mm的测量范围内取得了10～12nm的测量精度．

运用有限元分析方法，建立纳米级步进压电微动台的实体模型并进行了仿真计算，考察了结构参数对步进型压电微动台性能的影响，得到了压电微动台的固有频率和振型。采用正交实验法设计结构参数，分析了不同因素对压电微动台的固有频率和振动幅值的影响，得到了影响二者之比的4个因素的最优设计参数。根据逐步回归分析的方法建立了结构设计参数的数学模型，从而定量地分析各自变量与一阶固有频率之间的关系。

提出了一种利用电子罗盘实现陀螺经纬仪粗寻北自动化方案。通过分析电子罗盘的原理和影响其精度的因素，对电子罗盘进行了校准。设计了基于DSP的控制电路，根据电子罗盘的输出驱动系统指向粗北方向。实验结果表明：电子罗盘粗寻北系统的精度在±30’以内，完全满足使用要求，粗寻北时间由10-15min减少到1-2min。

通过分析和比较当前国内外直线度误差测量情况，提出了一种基于激光条纹干涉的准直技术的检测系统。系统利用楔形平板上下两表面的反射作用，将一束经准直扩束后入射的激光分解为交角2α的交叉光束，在两束平行激光束交叉的范围内便产生等厚干涉条纹。测量前调整并固定好激光器和楔形平板等激光发射装置的位置，以保证测量过程中干涉条纹不发生移动。测量时当导轨上某点存在凸起或凹陷时，接收靶在导轨轴方向上发生上下位置变动，干涉条纹相对于接收靶也会产生位移变化。通过线阵CCD可以检测到接收靶在导轨不同测量点处干涉光照射在CCD像敏面上的位置，处理后得到导轨的直线度误差。

本文介绍了纳米测量系统的各个组成部分,即探测系统、位移系统、计量系统、信号处理及控制系统,综述了国内外的研究状况和相关产品,在此基础上提出了一种集驱动、定位、测量、伺服控制、信号处理等技术于一体的实用型二维纳米测量技术,并对其应用前景作了展望.

介绍了一种新型的纳米级精度的二维激光干涉测量系统.该系统以光学8倍频的耦合差动式干涉光路为基础,在获取大量测量数据的基础上,利用线性回归的方法对测量结果进行处理.系统结构设计简洁紧凑,符合阿贝原则和结构变形最小原则,与普通的迈克尔逊干涉仪相比具有光路布局对称性好,光程差倍增,抗干扰能力强等优点.通过与电容测微仪比对的方法对该系统进行检测.结果表明,该干涉测量系统的精度为10～12 nm.

为实现10-5N以下微小力值的测量及溯源,提出了一种高精度、可溯源至质量的微小力值测量系统,采用受控静电力发生装置复现微小力值,其基本工作原理是基于一种精密设计的圆柱形电容器,电容器内外电极同轴,外电极固定不动作为参考电极,内电极由弹性机构支撑和导向,通过改变内外电极间的电压产生静电力,从而将力学量追溯至电容及电压等电学量,利用砝码质量与静电力平衡的原理,可以实现微小力值的溯源。实验结果表明：电容变化梯度为0.82 pF/mm,完全可以复现10-6~10-9N范围内的静电力。

分析陀螺经纬仪工作原理,探索实现陀螺经纬仪自动化的关键技术,设计了陀螺仪数字测量单元、陀螺仪灵敏部自动升降单元、粗寻北自动控制单元,经DSP和CPLD的总体控制协调,结合全自动寻北算法方案,完成了一种与精寻北相结合的自动化寻北系统的实验装置,实现光标自动采集、仪器操作的自动化与智能化、寻北结果的计算与显示等功能,测量时间为12 min时,寻北精度（1σ）为6.3″ 测量时间为4 min时,寻北精度（1σ）为18.7″。

介绍了一种基于圆光栅检测的回转式压电微角度执行器，采用尺蠖运动原理设计回转式压电电动机，运用C8051F005单片机产生四路控制信号，并采用直流放大式驱动电源放大控制信号驱动压电电动机，并通过圆光栅检测系统实时测量电动机联动盘回转角度，把测量值引入控制环节，实现最小步距为2．26”的全圆周匀速连续转动。