微构件材料力学性能测试中，拉伸测试主要解决材料弹性模量、泊松比、屈服强度和断裂强度的测量问题。介绍了一种片外拉伸测试试验装置的设计过程及工作原理，试样放在动／静载物台上，压电陶瓷制动器驱动动载物台，从而拉动试样，直到试样被拉断。施加在试样上的力和试样被拉伸后的伸长量分别由微力检测传感器和位移检测传感器测出。分别介绍了每个部件的功能，给出了误差分析。结果表明：此装置设计合理，达到预期目标。

微夹钳输出位移是它的一个重要特性，微夹钳整体尺寸比较小，不能用常规方法测量输出位移。针对微夹钳的特点，提出一种微夹钳位移测试方法，采用非接触式测量，设计了一种基于视觉的微位移测试装置，并开发了配套的测量软件。测试软件通过LabVIEW软件平台实现，能够实现图像标定、测量和图像标注等功能。给出了详细的图像标定方法，通过台式测微尺实现。最后对微夹钳进行位移测试实验，验证了测量装置的可用性，并总结出微夹钳位移随电压变化的规律。位移测量装置的精度为±1um，且具有一定的通用性，可用于其他MEMS器件的位移测试。

利用宏模型对MEMS系统进行系统级仿真是求解MEMS耦合问题的有效方法。对大规模系统方程通过矩阵子空间投影实现自由度缩聚来建立宏模型的方法得到了广泛应用。常用的Krylov子空间法只能对状态空间描述的一阶系统进行降阶处理。本文介绍了二阶Krylov子空间理论,运用Arnold i算法直接对大规模二阶系统进行自由度缩聚来生成宏模型。将此方法与有限元数值分析结合对电热驱动微夹钳进行了宏建模。对电热微夹钳宏模型的仿真结果表明此方法建立的宏模型可以准确反应系统的动态行为,满足精度要求,同时极大地降低了计算复杂度,提高了计算速度。

研制长寿稳定电源已经成为微型无线传感网络中的关键技术之一,现有的化学电池容量有限,需要不断的逐个更换耗尽的电池,难以满足无线传感网的实际应用。本文提出利用压电材料的机电耦合特性收集环境振动能,该类型微电源有望成为MEMS提供长期电能。首先分析了利用压电材料收集振动能的原理,对微型悬臂梁结构的设计进行了简单的分析,重点介绍了用MEMS工艺加工微型悬臂梁的工艺流程。悬臂梁结构采用体硅和面硅加工工艺相结合,体硅工艺包括湿法和干法刻蚀硅及表面层结构,金属Pt层刻蚀等,面硅工艺包括溅射金属薄膜和利用Sol-Gel方法在Si/SiO2/Ti/Pt衬底上制作锆钛酸铅（Pb（Zr0.52Ti0.48）O3,PZT）压电薄膜等。经过反复工艺实验研究,确定一套稳定的微型压电能源的制作工艺流程。

把柔性机构的设计方法——伪刚体法应用于柔性微夹钳的设计中，得到一种新结构形式的电热微夹钳，用UV—LIGA方法进行加工制作，并进行动态性能测试．从对称的平面十杆刚性机构得到其伪刚体模型，对伪刚体模型进行优化并柔性化得到放大20倍的柔性微夹钳钳体，通过仿真验证了设计的正确性和可靠性．V形电热驱动器与柔性钳体集成到一起，形成柔性电热微夹钳．用SU-8胶做电铸铸模，钛和二氧化硅做牺牲层，铜做种子层，在氨基磺酸镍电铸液中进行电铸，加工出最小特征尺寸10μm，厚度30μm的电热镍微夹钳．最后对制作的微夹钳在0～1．5V直流电压下进行动态测试，夹持端位移最大可达24μm．

介绍了一种新型多晶硅电热微夹钳,该夹钳在V形电热微驱动器的作用下,能够产生近似线性的位移和产生较大的夹持力.在全面考虑了空气对流、辐射、热传导及材料特性等各种因素的情况下,建立了该电热微夹钳的有限元模型,利用该模型分别进行了稳态和瞬态的仿真分析,模拟出输出位移和温度场随电压的变化情况,以及电热微夹钳的热响应时间.对仿真的结果进行了讨论.

阐述了微构件力学性能的研究现状与存在的力学性能参数表征问题，而后重点介绍了微构件力学性能测试中相关的驱动方式、微位移检测和微力检测技术。

论述了尺寸效应的内涵及其对微电子机械系统(MEMS)基础理论研究的重要影响;提出了广义尺寸效应、狭义尺寸效应,正效应、负效应及其判据;建立了狭义尺寸效应的分析模型,从尺寸泛函的绝对值、相对值和对尺寸的灵敏度三个方面进行泛函分析.将该模型应用到两端固支多晶硅微梁的弯曲测试,分析结果与实验相符.

提出一种适合任何空间凸轮廓面检测的接触点回归法,将测量点坐标转化为实际加工时的接触点数据,实现了对空间凸轮实际加工廓面的数据采集.建立了数据处理的数学模型和误差计算方法,为空间凸轮廓面检测与误差计算提供了新方法.以圆柱凸轮为例,利用三坐标测量机,实现了廓面数据检测和误差评定.

针对傅里叶级数理论不能进行非整周期刚体导引综合的问题,提出了基于Haar小波级数的解决方法,将早期提出的解决平面四杆机构轨迹综合问题的方法扩展到平面四杆机构的刚体导引综合中。通过对刚体转角和其对应基本尺寸型的连杆转角小波系数进行分析,发现了二者的内在联系。在此基础上建立了101 408组基本尺寸型的平面四杆机构刚体导引输出特征参数数据库。将位置输出问题转化为平面四杆机构轨迹综合问题,并给出了计算平面四杆机构实际尺寸和机构安装位置参数的理论公式。利用建立的数据库和理论公式,实现了平面四杆机构非整周期刚体导引综合。以生产线上的输送工件的铰链四杆机构为例,证明了本文方法的有效性和可行性。