介绍一种光学非接触测量超微振动的方法,利用球面共焦Fabry-Perot干涉仪设计了微振动测量系统.与传统的测量方法相比,该系统具有非接触、高灵敏度、高频响、高空间分辨率等特点,便于实现连续、快速、自动化检测;根据实验要求,设计了腔长0.5 m、带宽5.9 MHz的Fabry-Perot干涉仪,并组成测量系统;通过实验,检测出5 MHz脉冲压电换能器产生的微振动波形;为了克服环境噪声对测量系统的影响,采用自动稳腔长的方法,使系统具有良好的稳定性.

为了提高MEMS微接触式测头的性能，系统开展了测头的结构设计和参数优化．根据测头结构各个部分的设计目标，提出了测头悬挂系统拓扑结构的设计方案．基于测头结构的力学模型，提出了结构参数对测头性能的影响机理，并采用有限元方法对测头的测杆、中心连接体、梁等结构参数进行了仿真优化，获得了符合测头整体性能设计要求的参数及应力分布曲线．

显微干涉测量方法是一种被广泛使用的高精度表面测量方法，其中相移器的性能直接影响到系统测量的精度．对MEMS测量系统中使用的压电陶瓷相移器的主要误差源，包括迟滞、非线性和蠕变等进行了分析，并对开环条件下的相移器运动进行了标定．实验分别在开环和闭环条件下测量了经过NIST认证的标准44nm台阶，说明了两种条件下的测量精度，10次测量的平均值分别为41．34nm和43．24nm，标准偏差分别为2．08nm和0．41nm.

介绍了用于超微定位机构的被动隔振系统的研究，给出了超微定位机构和被动隔振系统的数学模型，并设计了被动隔振系统。该被动隔振系统对外介的低频振动干扰振效果良好。

提出一种利用正切函数在零点附近的小范围内线性度非常好的特点，对计量光栅技术中计算机正切细分法进行扩展，在信号处理电路中设计出一个量程比较小的精测档，以获得更高的纳米级的测量分辨率的新方法，并进行了详细充分的实验验证。

微结构运动测试技术已成为MEMS测试技术的重要组成部分。由于MEMS器件中微结构的运动频率较高频闪成像法得到了广泛的应用。本文针对静电型MEMS周期运动测试的要求设计并研制了一种基于FPGA的频闪成像和运动激励同步控制系统用于MEMS器件的周期运动激励和微结构高速周期运动过程中清晰图像的获取。实验表明频闪照明的最小脉冲宽度为10 ns运动相位的调整间隔小于3.75°能够满足周期运动频率为1 MHz微结构运动测试的要求。

微机电系统(MEMS)测试的主要目的是为工程开发中的设计和模拟过程提供数据反馈,其中一个重要方面就是MEMS器件动态特性的高速可视化.介绍了一种基于计算机控制的频闪干涉测试系统,用来测量可动MEMS器件的离面运动,实现了纳米级分辨力.该系统采用改进的相移干涉算法,使用一个大功率激光二极管(LD)作为频闪照明的光源,可以实现1 MHz范围内大幅值(十几微米)的微运动测量.这种高离面灵敏度的测量方法特别适合进行微机械(光学)元件的动态特性测量.通过研究一个多晶硅微谐振器的动态特性说明了系统的强大功能.

综述在扫描隧道显微镜基础上发展起来的各种扫描探针显微镜的工作原理，性能特点及应用范围。

计量型原子力显微镜纳米测量系统主要由扫描器、测针位置传感器和一体化微型激光干涉三维测量系统等部分构成．针对计量型原子力显微测量系统，采用三维激光干涉测量系统作为测量基准，以实现原子力测量系统的纳米尺度量值溯源和校准工作．建立了校准模型，分析了扫描器9项主要误差项，并将该模型应用到原子力显微镜扫描器的校准中．校准后的结果表明，除z轴位置误差不超过±2nm外，其他8项的残余误差均不超过±1nm．通过台阶高度国际比对，建立了台阶高度标准计算方法及不确定度分析模型．台阶高度国际比对的测量结果表明，计量型原子力显微镜的测量值与参考值相差均小于1．5nm．

利用纳米测量机(NMM)和原子力显微镜(AFM)实现了大范围的计量型AFM,测量范围可以达到25mm× 25 mn×5mm,分辨力为0.1 nm.纳米测量机扩展了普通AFM测头的测量范围,减小了压电扫描器固有特性的影响.运动全范围内的自适应误差补偿通过5个自由度的闭环操作得以实现.系统的高精度是通过3个微型激光干涉仪的零阿贝误差设置,一个表面传感AFM测头以及两个角度传感器实现.系统具有4种工作模式,其中第4种为最佳工作模式.实验结果表明系统具有高精度和大范围的特点.