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。

为测量MEMS谐振器周期运动过程中各个时刻的运动特性及其动态特性参数，结合微器件的特征，利用光学的方法对MEMS器件进行了运动分析。提出了基于相位相关与块匹配相结合的运动检测技术，并对MEMS器件的运动图像序列做了分析与处理，得到了其动态特性参量，为MEMS器件的设计提供了重要参考。实验结果表明，该方法具有较好的测量精度和测量速度，测量重复性可达到44nm。

提出了一种基于显微干涉和有限差分法在微悬臂梁上实现曲率精确测量的方法。该方法将使用相移显微干涉法测得的微悬臂梁表面弯曲信息与用有限差分法解析的弯曲量进行对比，再运用拟牛顿算法或最小二乘法得到曲率的最佳匹配值。实验结果表明：使用该方法可获得弯曲量测量值和解析值之间的均方根差值在1．5nm以内的精确曲率值，并且一定的像素偏移带来的误差对曲率测量的结果影响很小。由于方法保留了光学干涉法高分辨率及高精度等优点，并考虑了非理想边界条件的影响，在MEMS残余应力和应力梯度测量中具有较大实用价值。

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％

提出了一种在计量型原子力显微镜（AFM）上开发力曲线功能模块的方法.通过在计量型原子力显微镜上增加可调三角波发生器、信号切换和缓冲电压保护电路,对计量型原子力显微镜的内部驱动信号和外加驱动信号进行了平滑切换,避免了原子力显微镜压电陶瓷驱动器的剧烈变化,实现了计量型原子力显微镜的力曲线功能.采用开发的力曲线模块绘制了计量型原子力显微镜的力曲线图形,基于力曲线功能测量了纳米梁谐振器的离面振动特性,并与显微激光多普勒测振仪的测振结果进行了比对,实验结果表明本文提出的方法和建立的系统是正确的.

针对广泛应用的扫描电镜和台阶仪在测量纳米厚度时存在的破坏性和近似性等局限性，提出了一种基于弯曲测试技术实现纳米梁厚度精密测量的方法．该方法的核心思想是悬浮结构在载荷的作用下产生初始弯曲直至其下表面与衬底接触的过程中形成的载荷一位移曲线会出现斜率明显不同的两个直线段，其交点代表了悬浮结构下表面与衬底之间的初始接触，由此可测量出该悬浮结构下表面与衬底之间的间隙，从而间接得到结构的厚度值．分别采用原子力显微镜（AFM）和纳米压痕仪作为测试平台对单晶硅固支纳米梁进行了厚度测量，两种测量仪器得到了一致性较好的测量结果．讨论了测量随机误差、系统误差以及数据计算误差等对测试结果的影响和相应的误差降低方法．

离子迁移谱技术（iMS）是从上世纪70年代发展起来的一项痕量气态物质探测技术。基于该技术的离子迁移谱仪具有结构简单，检测速度快、可以工作在大气环境下等优点，在微型化便携式应用中有巨大的发展潜力。通过参考国内外相关文献，着重从离子源、高场非对称离子迁移谱技术（FAIMS）和离子捕获装置三个方面对微型化离子迁移谱仪的研究现状进行了分析和探讨，并对该领域未来的研究方向和发展趋势提出了一些看法。