通过分析流体边界层分离原理，针对分离点附近剪应力变化规律，提出了用微型剪应力传感器阵列在飞行器表面贴附完成实时分离点检测的设计方案。同时提出了基于双运算放大器的恒流驱动电源设计和滤波衰减电路设计方案，并在NACA0012标准翼型上实现了边界层分离检测系统集成，最后利用低速风洞试验验证了上述检测系统对分离位置测定的准确性和有效性。

采用闭环控制电路使振动式微机械陀螺驱动模态保持谐振是提高其灵敏度和稳定性的最为直接、有效的方法。基于锁相控制环路是目前振动式陀螺驱动广泛采用的控制方法之一。对包括陀螺在内的锁相环各个环节进行了建模。对各部分模型线性化处理后,推导了微机械陀螺锁相环控制电路的系统传递函数。传递函数的分析表明该系统是一个有差系统,即压控振荡器发生频率和陀螺谐振频率总是存在一定的频差。文中引入了校正环节来消除稳态误差。采用音叉电容式微机械陀螺进行了实验,转台实验显示刻度因子有所提高,表明该控制方案能够有效的提高陀螺的灵敏度及其稳定性。

误差源是以弱小信号处理为特征的微机械陀螺精度提高的主要制约因素.分析了音叉电容式微机械陀螺由本身工作模式和加工误差造成的两类误差源,并探讨了相应的消除方法.首先采用分离电极方法消除了驱动模态位移电流对敏感模态输出信号的耦合;用半频驱动方法抑制了驱动电压信号通过寄生电容对输出信号的耦合;通过在玻璃基体上开槽减轻了梳齿电容的静电悬浮以及玻璃基体上的电荷累积现象.然后通过对驱动电压幅值的自动调节弥补了由加工误差所造成的驱动电容不匹配,并采用同步解调消除正交误差.分析结果表明这些误差源的消除可提高微机械陀螺的精度水平.

从光学性能仿真和结构版图设计两方面对基于微机电系统技术的分立式微变形镜进行了研究。以符合柯尔莫哥洛夫湍流统计理论的大气随机波前作为被校正对象,对方形排列、砖形排列和蜂窝形排列的三种分立式微变形镜进行了面形函数构建与波前校正仿真;从单元数量、控制电极、释放孔、弹性支撑梁和寻址线等方面给出了分立式微变形镜的结构、版图设计准则;最终采用两层多晶硅表面牺牲层工艺完成了一种方形排列37单元分立式微变形镜的制备,并对其镜面光学质量和电压-位移曲线进行了测试。

针对微机械三维几何尺寸测量问题,提出了基于CCD光电测量技术的图像测量方法,并结合硅微悬臂梁深度和平面尺寸进行了实验研究,其结果可适用类似的三维结构测量.

硅微陀螺是一个涉及力、电和流体等多个能量域的复杂系统,设计过程中综合考虑这些能量域的耦合作用有利于预测和改善陀螺的系统性能.本文采用半解析的方法分析了陀螺中的静电-结构耦合问题,引入机电转换单元模拟了偏置电压对驱动模态和敏感模态频率的影响.结果表明基于半解析的耦合分析方法能准确快速地求解微陀螺的静电-结构耦合问题.

研究了基于微型光机电系统（MOEMS）的微型可编程衍射光栅。利用波动光学理论推导了在编程状态下它的光强分布公式，对可编程光栅每个衍射单元包含的微粱数和其中的微梁高度等参数变化对其衍射特性的影响进行分析，并对其衍射特性进行仿真验证。验证结果表明：光栅衍射单元包含的微梁数会对衍射光的各个主极大空间位置产生影响，而微梁高度的变化则会引起各衍射主极大之间的光强能量重新分布。

基于micro-electro-mechanical system(MEMS)技术的微机械陀螺是集传感器、致动器、检测与控制等于一体的复杂多学科交叉系统,其整体特性是各个子系统综合作用的结果.在充分考虑工艺、结构、电路、工作环境等多学科或因素的约束条件下,提出微机械陀螺的多学科概念设计模型.以陀螺的灵敏度最大为优化目标,利用遗传算法对设计模型进行全局优化,获得初步的最优设计方案,并采用有限元软件ANSYS验证优化结果的正确性.

对微机械陀螺中静电、结构、空气阻尼等物理域进行有效分离，在分别对各域进行数值模拟的基础上提取相应的物理参数，建立集总参数模型。在考虑边缘效应的情况下，提取了微结构电容与位移的解析表达式；根据热一流体类似方法，提取了阻尼孔结构的阻尼系数和压膜刚度；根据结构动力学理论，由模态分析提取结构的有效刚度和有效质量。将这些物理参数综合在系统仿真器中与外围电路共同进行仿真，准确地评估不同条件下微机械陀螺的行为特性。

静电梳齿驱动结构的最大驱动位移主要受限于其侧向不稳定性,即当驱动电压接近吸合电压时,静电梳齿驱动结构的活动梳齿与固定梳齿发生吸合,导致静电梳齿驱动器失效。建立典型静电梳齿驱动结构的稳定性分析模型,研究梳齿驱动结构稳定性的影响因素,并进行理论分析、仿真分析和实验验证。结果表明：支撑梁结构的纵/横刚度比是影响静电梳齿驱动结构稳定性的关键因素,其比值越大,静电梳齿驱动结构的稳定性越好。