反射差分光谱仪是一种测量灵敏度和精度较高的研究表面／界面的新型分析仪器，但微弱的反射差分信号易受到各种噪声的干扰．作者利用Jones表示法，对光弹调制式反射差分光谱仪构建了包含器件自身缺陷和安装误差的数学模型，通过确立误差源与测量结果的联系，分析出各误差源对测量结果的影响，特别是起偏器、光弹调制器和样品的安装误差以及位相调制误差，这些系统误差经过标定可得到补偿．

研究了采用微悬臂梁上集成的ZnO压电薄膜作为微驱动的探针的直接激振方法，比较了间接激振和直接激振方法下探针在液体中的振动性能，以标准生理溶液中的海拉细胞为样品，对原子力显微镜在液体环境下轻敲模式的成像性能进行了实验研究．研究表明，采用压电探针的直接激振方法在探针振动的幅频曲线中仅有单一谐振峰，可以避免在压电陶瓷管激振方法下由液体振动造成的寄生谐振峰，因此使用压电探针不仅提高了探针振动频率的控制精度，而且减小了针尖对样品的损坏，还提高了仪器的带宽和成像速度．对于512×512点阵和60μm×60μm范围的图像，使用该方法可将采集速度由原来的2～3min／帧提高到15-20s／帧，并且扫描速度的提高对原子力显微镜在动态过程中的研究有着重要的参考价值．

现有的平板式导热系数测定仪存在测量时间长,操作不便等问题。针对这些问题,本课题研制了一种以微处理器ARM为核心的新型双平板式导热系数测定仪。其方法是通过嵌入式C/OS-Ⅱ实时操作系统和友好的人机界面实现仪器的全自动控制、数据采集和处理以及导热系数的计算、显示和打印输出。其测量精度符合导热仪国家标准,并具有测量时间短、数据准确、自动化程度高、体积小等优点,是现代化的智能仪器。该仪器可以广泛用于耐热和保温材料的生产企业、相关质量检验部门和单位、高等院校和研究所等科研单位。

针对目前我国在钢轨超声探伤仪的落后现状,提出一种以单片机＋DSP＋CPLD为核心的高速数字信号处理技术,利用该技术研制的数字式钢轨超声探伤仪很好的解决了单处理器在处理与传输等方面的不足,使波形稳定度完全达到了铁道部的规定,探伤速度,精度等方面也有了很大的提高,并且实现了回波存储和重放、报警处理、轨型选择等等功能,满足了便携式钢轨探伤仪的实际需求.

阿贝(Abbe)误差作为纳米计量中的主要误差之一限制着测量精度的提高,故提出了一种新型STM纳米计量仪器,采用3个微型激光干涉仪与STM联用.微型激光干涉仪用来测量探针相对于样品在3个方向上空间位移.与其它STM纳米计量仪器相比,该仪器扫描部分放弃了传统管式扫描器和三角架扫描器,将扫描分为Z向和X-Y平面扫描两部分,Z向扫描由独立的PZT驱动,X-Y扫描由两个PZT驱动的柔性平行四杆导轨完成.这种设计理论上能使Z方向上Abbe误差完全消除,X-Y方向上Abbe臂缩小到扫描范围的一半,最大50 μm,使Abbe误差减小至可忽略的程度.微型激光干涉仪的使用还消除了扫描器PZT的非线性、滞后、爬行和老化等误差.

压电振动能量采集器可将自然界中广泛存在的机械振动能转换为电能，并且一直向微型化电源的目标迈进．为此，以矩形压电微悬臂梁结构作为换能单元，通过时压电层等效电流源和单相桥式整流电路的理论及相关公式的推导，得出微能量功率的计算公式．通过分析看出，在实际设计压电振动能量采集装置时，可采用适当增加质量块质量和减小梁长度的方式来满足整体结构在自然环境中实现低频谐振、获得较大的功率输出的设计要求．

在原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)的拍击工作模式(Tapping Mode)下,探针的振幅受探针-样品间作用力的影响.该作用力与两者的间距密切相关,以探针-样品间作用力的平衡位置为界,将探针-样品间距划分为引力作用区域和斥力作用区域.本文中通过实验得到了探针的振幅随探针-样品间距变化的关系曲线--振幅曲线,详细讨论了振幅曲线与探针-样品间作用力的关系;并通过计算机模拟验证了振幅随探针-样品间距的变化关系.结果表明研究软样品时应该尽可能选取引力作用区域,以避免测量对样品的影响.

反射差分光谱术（RDS）是研究材料表面和薄膜光学各向异性属性的重要手段.现有的技术以光弹调制器（PEM）式单通道测量模式为主,可以实时监测单个波长的反射差分信号,但全光谱测量则需要采用扫描波长的方式完成,耗时长,不适合在线监测等时效性强、全光谱测量的应用.在研究基于光弹调制器的多通道反射差分光谱仪的技术实现的基础上,结合虚拟仪器技术、高速多通道同步采集卡和数字锁相放大算法,提出一种新的多通道测量构架.实验表明,新方法在全光谱范围内测量信号的标准偏差小于10-3,在仪器开发上具有组合灵活、扩展性好等优点.

提出了一种测量溶液粘度的微悬臂梁谐振技术.推导了溶液粘度与微悬臂梁的谐振频率的理论关系式,并利用原子力显微镜的微悬臂梁测量了不同质量分数的甘油溶液和蔗糖溶液的粘度.与落球法测量结果的比较表明,利用微悬臂梁谐振频率技术测量液体粘度的误差小于4%.这种方法不仅可以作为液体粘度的一般性测量方法,也可以通过检测溶液粘度变化来监测溶液中的化学反应.