提出了一种基于共振隧穿二极管（RTD）的矢量水声传感器，传感器采用共振隧穿二极管作为敏感元件，共振隧穿二极管布置在传感器结构中柱体的四周边缘．两个反方向变化的基于共振隧穿二极管的振荡器的输出信号通过信号处理电路预处理后输入微处理器，计算出声源水平方位角和声压．分析并设计了基于共振隧穿二极管的振荡电路、矢量水声传感器物理结构以及制作工艺，讨论了传感器信号处理方法．

根据鱼类侧线听觉仿生学原理，设计出硅微仿生矢量水声传感器结构．该传感器结构包括高精度压阻式硅微换能单元结构和空芯光子晶体光纤柱体．讨论了水声传感器结构的仿生学原理和声学原理．用有限元软件Ansys分析传感器的应力分布，讨论了传感器的加工工艺，并采用气流静态加载法测试出传感器的矢量指向性图，测试结果表明，仿生水声传感微结构具有“8字型”矢量指向性．

根据光学干涉显微法原理，设计开发了一套微纳结构表面形貌测量系统。该系统采用林尼克干涉显微镜，通过参考镜扫描的方法将扫描器与相移器集为一体，分别采用五步相移算法和基于采样定理的包络均方函数（SEST）算法实现相移干涉法（PSI）和垂直扫描干涉法（VSI）两种模式对微纳结构的表面形貌测量。为验证该系统性能，采用标准多刻线样板和标准台阶作为样件对VSI和PSI两种模式分别进行了测量实验。结果证明，该系统能够完成微纳结构表面形貌的快速精确测量，可以满足微电子、微机电系统中微纳结构的表面形貌测量要求。

设计了一种应用红外吸收光谱原理的红外CH4气体检测仪。该检测仪用红外热释电传感器作为敏感元件，以C8051F040单片机作为智能控制单元，实现了CH4体积分数的准确测量。介绍了气室的结构设计、微弱信号的放大和数据采集的设计。通过实验数据分析，该气体检测仪具有测量精度高、稳定性好、低功耗等优点，满足了实际情况的需要。

依据介观压阻效应原理,设计出一种以超晶格量子阱薄膜为敏感单元的高g值纳机电加速度计,期望利用超晶格量子阱薄膜的高灵敏特性,提高加速度计的灵敏度。结合GaAs基表面微机械加工工艺和控制孔技术完成了加速度计的加工。采用马歇特冲击的方法完成了加速度计的测试,并利用冲击响应谱分析了微加速度计在有外部冲击情况下的响应,研究结果表明：依据介观压阻效应原理和MEMS技术制作高g值纳机电加速度计具有可行性,从测试结果可以看出该微加速度计不但冲击响应信号与标准加速度计所测信号很接近,而且它们的响应一致性较好。

通过设计与悬臂梁呈不同角度的沟道,对GaAs基金属半导体场效应晶体管（MESFET）的微加速度计的输出特性进行了初步测试研究。设计了GaAs MESFET的材料层结构并采用四梁固支结构。通过表面浅工艺加工出GaAs MES-FET微加速度计。将敏感单元GaAs MESFET嵌入四梁靠近根部的位置。设计了3种不同的沟道角度,分别与悬臂梁呈45°、90°、0°,通过实验定量分析了GaAs MESFET在受到外力时,不同沟道角度的GaAs MESFET加速度计的灵敏度,且0°时灵敏度最高。最终指导传感器的优化设计,为进一步提高微加速度计的灵敏度奠定基础。

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。

电容式陀螺仪是一种振动式陀螺仪,由于加工的特殊性使其具有了传统的陀螺无法比拟的优点,从而拓宽了其应用领域.为了提高陀螺仪的检测精度,本文提出了一种静电梳齿驱动、栅结构的电容式检测的微机械陀螺仪的设计方法,并分析了其工作原理.运用ANSYS软件对陀螺结构进行了仿真和模态分析,仿真结果与理论计算结果相接近.所设计的陀螺结构采用体硅标准工艺方法进行了设计,并对其进行了流片加工和封装,最终得到了电容式微机械陀螺仪.实验测试的结果表明,陀螺驱动模态的固有频率为4.06 kHz,灵敏度为0.027 9 V/（（°）s-1）.

在同一个物理过程中往往存在相差上数十倍甚至上万倍的多个加速度值需要测量，例如，分析弹体在发射和飞行过程中的受力情况，既需要测试发射过程中上万个g的加速度，也需要测试飞行过程中几个g的加速度．在这些场合用同一个加速度计很难满足整个过程的测试要求．针对类似的需求，介绍了一种由四个压阻式微加速度计组成的复合量程微加速度计，四个微加速度计量程分别为100g、500g、1000g和2000g．除了主要介绍微加速度计阵列的设计、制造和测试外，还着重介绍了低量程传感器在高过载环境下的结构防护问题．线性测试结果表明该复合量程微加速度计具有较好的线性度，因而可以同时在测量四个不同的量程的加速度值．

为了进一步提高传感器的灵敏度，提出了利用GaAs半导体材料来突破硅的极限，阐明了GaAs材料的优越特性和发展GaAs基MEMS的必要性。概述了GaAs微机械加工的刻蚀技术、体微机械加工技术和表面微机械加工技术的特点，对相应的GaAs微机械加工工艺进行了举例分析，并介绍了国内首次制作的GaAs基MEMS微结构，为GaAs MEMS的进一步发展奠定了基础。