工业上的应用和材料学的发展客观上要求对材料的力学性能测试进行实时动态观测。本研究部自主研发出了配合扫描电子显微镜的原位拉伸试验系统,成功地实现了对拉伸试验全过程的原位观测和微区分析,并初步具备了原位疲劳试验的功能。该系统使用直流伺服电机驱动机械部分对样品施加拉伸载荷,在基于PC104的嵌入式控制系统中,使用专用PID控制芯片实现电机的闭环控制,并在软件设计中对数据采集、原位保持等关键技术进行了算法优化,以实现较高的精度和稳定性。本文介绍了该系统的机械结构、软硬件组成,并展示了使用该系统对金属材料进行原位拉伸实验得到的数据和结果。该结果为材料的拉伸性能提供了很好的宏观和微观证据。

激光干涉仪是以稳频氦氖激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的工具。近年来，激光干涉仪一直作为精密测量工具为精密加工机和工件台进行定位校准工作。本文介绍了一种基于单频激光干涉仪的精密工件台测量定位系统。本定位系统采用单频激光干涉仪作为精密测量工具，采用高档8位单片机作为数据处理微控单元，并基于VC＋＋语言编写相关控制软件。实际应用证明本系统定位速度快，精度高，理论上最小分辨率为58．6pm。

本文以德州仪器公司的TMS20C6713 DSP为基础,介绍了一种新型数字式SPM系统的硬件解决方案.文章首先指出原先的SPM系统的一些缺点,进而介绍数字信号处理器TMS320C6713芯片的一些优点,最后给出了基于该DSP芯片的主控板的主要结构以及整个数字式DSP-SPM系统的硬件方案.

为了扩大原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）使用范围,研制了一套大范围高速AFM系统。针对大范围高速扫描时Z方向控制问题,提出了前馈反馈混合控制方法。前馈控制包括自动调平前馈和基于前一行扫描前馈,前者通过多线扫描确定样品倾斜位置,将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,然后将其换算为Z向驱动电压后驱动下扫描器运动;后者利用前一行扫描高度数据作为当前行Z向扫描器驱动的参考输入。反馈控制为在普通比例-积分（PI）控制基础上改进的动态P参数PI控制,P参数设置与误差大小有关。实验结果表明：采用本控制方法最大控制误差由40.17nm减小为6.01nm,误差均方根值由22.85nm减小为2.01nm,明显抑制了误差信号,提高了Z向控制效果,获得了更精确的高度图像。

利用UG NX优秀的CAD/CAM功能,对潜油螺杆泵联轴节中的渐开线内啮合零齿差机构齿轮的齿廓进行分析、实现建模、虚拟装配以及虚拟线切割加工。数字化设计与制造技术的应用可提高产品开发能力、缩短产品研制周期、降低开发成本。

通过工程实例,对利用非洲西部沙漠特细砂配制高强泵送混凝土进行了分析和阐述。结果表明,通过不同比例沙漠特细砂和0-3mm石屑的复配,可以配制出满足工程要求的高强泵送混凝土。

为了进一步扩大原子力显微镜（AFM）的应用范围,研制出一套大范围高速AFM系统。该系统采用上、下两个扫描器,上扫描器负责Z方向闭环控制的动态响应,下扫描器负责X、Y方向平面扫描及Z方向补偿控制。针对样品放置倾斜对大范围扫描成像的影响,提出基于多线扫描的样品自动调平控制技术。首先通过多线扫描确定样品倾斜位置,然后将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,最后将位移差换算为控制电压作为扫描器Z向的前馈控制输入。实验结果表明,能消除样品倾斜对AFM大范围扫描的影响。

针对现有微拉伸台系统误差较大的问题，作者研究了提高微拉伸台测量精度的数据处理方法．设计了高速、高精度数据采集系统，对比了线性拟合、多项式拟合、分段拟合和逐点比较数据处理方法，分析了各种数据处理方法在消除系统误差中的优缺点．数据处理方法采用Vc＋＋语言编程实现，可以在线矫正系统误差．实验结果表明，灵活运用上述处理方法可以有效地提高微拉伸台测量精度．

针对SPB增强磁光效应研究中复合金属薄膜结构的SPB激发测试，研制了一套角度扫描型SPB谱仪。通过巧妙的结构设计和运动控制，使得角度扫描过程中样品测试点始终处于棱镜底面样品基片的中心，保证了测试过程的一致性。对50hm金膜的重复性测验表明SPB谱仪具有较高的重复性和稳定度。利用搭建的SPR谱仪对磁光复合薄膜的测试结果表明，在制备的样品中，Au（15nm）／00（5／10nm）／Au（Snm）复合结构是磁光等离子体系研究的最佳平台。

X射线显微分析技术利用X射线的穿透能力,结合精密定位和数据反演技术,可以在微米甚至亚微米尺度上展现被测样品的内部结构、密度和缺陷等特征信息。该技术已然成为一种重要的物理分析方式,且被广泛应用于生命科学、材料学和先进制造等领域。微焦点X射线源是X射线显微分析系统的核心部件之一,其性能直接影响着系统的测试分辨率和效率。针对微焦点X射线源使用中安全防护升级、工作效率提升、控制精度提高的需求,设计一套基于PLC的微焦点X射线源控制系统,并介绍该系统具体的实现过程。采用JIMA分辨测试卡进行分辨率成像实验,实现了3μm线对的分辨率,证实了该控制系统性能良好,能够满足使用需求。