利用静电场原理复现微小力值（≤10-5N）的系统主要包括电容梯度测量模块和平衡电压监测模块。在对测量原理进行深入分析的基础上，得出了实现测量的基本计算公式；同时，通过电磁场专用仿真软件Maxwell进行了仿真试验，通过仿真数据与理论数据的对比验证了原理的正确性；另外，自行设计并加工了实验用圆柱形电容器以及杠杆支架等，搭建了完整的测量系统平台，完成了系统实验，并且将实验数据与理论数据做了对比，验证了实验的可行性，分析了误差产生的可能原因，提出了进一步改进的方向；最后，总结了实验结论：利用静电场原理复现微小力的方法能够满足设计要求并且能够满足测量要求。

针对线阵ＣＣＤ在测长中的应用，主要讨论了在长杆反射式测量中，光源、被测物的形状、表面特性相互影响的问题，并通过实验提出了相应的解决思路和方法。实验表明，在被测物距ＣＣＤ约１ｍ时，精度可以达到０．１５０ｍｍ，且具有良好的重复性。

针对热真空环境条件对视觉测量精度影响的问题,提出了一种新的基于像素当量的二维尺寸视觉测量系统实时标定方法。该方法采用光刻已知尺寸线条的石英标准件作为测量基准,利用一阶微分期望亚像素细分算法和最小二乘拟合,可实时获取较高精度的像素当量值从而减小环境误差。热真空环境下的实验结果表明,该方法可用于热真空环境下二维小尺寸视觉测量的标定。

针对长导轨直线度传统测量方法中存在的问题，研制了一种基于激光楔形平板剪切干涉测量的便携式激光干涉准直系统。根据剪切干涉测量原理，设计了光学元件的关键参数。在ARM9硬件开发平台下使用嵌入式操作系统WINCE5．0，通过Embedded C＋＋实现了导轨直线度误差值等的相关算法。系统实时计算相邻信号之间的相位差，简化了激光光束准直度调校测量设备的装调工作；根据信号幅值大小控制信号增益，实现精确检测大尺寸导轨直线度误差的功能。整个系统测量精度高，集成度高，便携性强，可应用于各种工业环境与室外测量。

应用光学自准直仪成功地解决了很多静态小角度的测量问题，但随著生产和科学技术的发展，对动态小角度测量的要求日益迫切，如物理学中对分子布朗运动的测量，机床振动，在切削力作用下机床导轨的扭摆的测量等。为此我们研制了光栅莫尔条纹跟踪式自准直仪。

设计了一种以基于尺蠖运动原理的微动台为核心的扫描隧道显微镜（STM）机械机构，利用有限元方法对微动台部分的结构进行分析，对其静态、模态特性进行了实验研究。结果表明：微动台具有较大的行程和较好的稳定性，载物力可以达到16．7N，最小步距约8．8nm，行程14mm。

在激光干涉测量中，通常以相位差为90°的两路信号进行辨向计数和细分，而在这两路信号中普遍存在着非正交误差、不等幅误差和直流电平漂移误差，这些误差的存在严重地影响了测量结果的精度。因此，设计了以C8051F单片机为核心的电路补偿模块，采用以Heydemann模型为基础的误差修正方法，对以上3种误差进行了动态补偿，进而实现了纳米级精度的位移测量。

理论与实验表明，小角度的测量可通过长光栅旋转来实现。建立在傅立叶光学理论基础上的分析与实验结果是一致的。采用本方法制成的精密水平测倾仪，其测量范围为±３０’，测量精度为±１″，仪器具有绝对零点，示值稳定性为±０．３″，为研制高精度、大量程的水平测仍进行了有益的探索。

设计一种电磁驱动的微机械结构，实现自准直仪双坐标光电信号的自动跟踪，采用跟踪与读数分离的方法，提高仪器的测量精度。经实际测试和使用表明，设计方案合理，稳定可靠，双坐标工作范围为－100″－＋100″，仪器具有绝对零点，分辨力0．1″，非线性误差小于0．5″。

介绍了一种基于圆光栅检测的回转式压电微角度执行器，采用尺蠖运动原理设计回转式压电电动机，运用C8051F005单片机产生四路控制信号，并采用直流放大式驱动电源放大控制信号驱动压电电动机，并通过圆光栅检测系统实时测量电动机联动盘回转角度，把测量值引入控制环节，实现最小步距为2．26”的全圆周匀速连续转动。