设计了一种可用于超高场磁共振成像(MRI)的负磁导率超材料磁感应透镜(MIL), 可以有效提高MRI的信噪比.MIL是由6×6个加载电容的金属开口谐振环组成的二维周期结构, 并将其加工在一层0.6 mm 厚度的FR-4介质基板上.将MIL放置于射频线圈和样品之间, 能够实现等效的磁表面等离激元效应.MIL单元电磁场分布、散射参数和等效磁导率的仿真结果表明：所设计的MIL在拉莫尔进动频率297.2 MHz产生负的磁导率, 并能增强由射频线圈产生的射频场的倏逝波分量.两个不同的标准表面射频线圈的MRI扫描实验表明, 小水膜仿体在施加MIL后可以将矢状面图像信噪比提高约200%, 大水膜仿体在施加MIL后可以将冠状面图像信噪比提高约58%.仿真和MRI图像结果均表明了所设计的MIL具有聚焦表面射频线圈磁场强度的能力, 有益于提高MRI的信噪比、空间分辨率和探测深度.

针对光电平台抖动造成图像平移和旋转导致图像模糊的问题，研究了一种基于MEMS 陀螺仪和压电微摆镜的光机电联合稳像实验系统，主要包括MEMS 陀螺仪及控制器、压电微摆镜及控制系统和上位PC 机后处理系统等。通过位于可见光摄像机上的MEMS 陀螺仪及控制器的Kalman 滤波获取当前帧相对参考帧的旋转角度，PC 机同步采集摄像机的视频图像并计算出图像旋转量进行补偿；采用二维灰度投影法对图像二维偏移量进行估计，分离意向运动和随机抖动，得到抖动偏移量，控制成像光路中的压电陶瓷微摆镜进行光机补偿校正；进一步结合参考图像采用数字稳像方法进行第2 次偏移量补偿，实现了对偏移量的大范围和高精度校正，得到清晰图像。实验表明：该系统对角度的稳像精度小于0.4°，对二维平移的补偿精度达到1 个像素，图像帧频达到25 fps，可对存在平移和旋转的抖动图像进行有效的校正。

基于压电陶瓷的微摆镜是一种典型的二维角驱动部件, 微摆镜系统的实用化需要进行微角度的测量, 以便得到驱动电压与微偏转角之间的对应关系。设计了一种基于位置敏感探测器(PSD)的微摆镜角度测试系统, 应用激光自准直原理, 采用两次45°折返式结构, 缩小了系统的体积并解决了传统折返式系统难以精准搭建的问题; 采用多层前馈神经网络法对PSD进行了非线性校正, 修正后整个系统的测量精度可达0.5″, 测量范围为±400″。符合微摆镜角度测量的要求。

由压电陶瓷驱动器构成的快速微摆反射镜平台存在迟滞特性, 影响了对快速微摆反射镜的控制。为了能够有效的对快速微摆反射镜进行控制, 采用基于PI逆模型的开环控制方法。首先, 采用PI模型对快速微摆反射镜平台的迟滞特性建立数学模型, 通过最小二乘法辨识PI模型的参数; 其次, 基于PI模型的可逆性, 求解PI逆模型参数; 最后, 验证基于PI逆模型的开环控制方法的有效性。根据轨迹跟踪实验得到的数据, 在正弦波轨迹输入信号下的均方根误差为1.23%, 最大误差为2.45%; 在三角波轨迹输入信号下的均方根误差为1.3%, 最大误差为2.37%。证明了基于PI逆模型的开环控制方法是可行的, 能够有效地控制快速微摆反射镜。