对一种梳状静电致动微夹持器的特性进行了测试.采用显微镜-CCD-微机测试方案,微夹持器的状态信息通过数据采集及图像处理获取,得到"电压-位移"特性曲线并建立了数学方程.对特性方程的分析表明理论设计与试验结果的一致性与合理性.并分析了从设计、加工到测试过程中引起理论设计与实际器件性能差异的主要因素,表明现有的微机械设计理论与加工水平存在一定的不足.由试验结果中获取了相关微机械器件的设计经验.

光学编码器是长度和角度测量最常用的传感器,两种传统光学编码器:绝对式和增量式光学编码器的光学图案、位置编码原理和信号处理电路各具特色,随着科学技术的发展,一种新型光学编码器方案:准绝对式编码器,继承了二者的优点,根据其串行位置编码原理,借助计算机辅助设计,获得了全周100个位置的编码方案,设计了相应的准绝对式编码器;通过与两种传统编码器特点的比较,突出了准绝对式光学编码器的显著特点,指明了其未来良好的应用和发展前景.

管径φ10～20 mm的细小管道在工业中应用十分广泛,因此迫切需要研究一种管道检测机器人进入管道内部, 对其缺陷进行检测或维修.为此目的,近年来发展了不同类型的微型机器人,例如:气囊蠕动型、螺旋摩擦型、电磁力型、SMA型、冲击型机器人,并且取得了一些可喜进展.本文报道一种采用双压电薄膜PZT驱动器的细小管道实验微机器人,它可以携带CCD摄像机进入φ20 mm的垂直、水平或弯曲管道, 检查管壁上的小孔或裂纹.论述了此种微机器人的实验系统、结构、运动机理和性能.

使用多普勒理论分析了一种典型的具有纳米级位移分辨率的双光栅测量系统.在以往的文献中,只是简单的列出光栅系统的位移测量公式,对系统的工作原理分析避而不谈.文中首先给出了系统的光路结构,分析了光栅的衍射序列,然后对光束入射和出射光栅的多普勒效应进行了数学建模,得到了最终的位移测量值与光学莫尔条纹之间的关系.最后分析了参考光栅的作用,并给出了这种系统的特点.

微机电系统(MEMS)器件及系统仿真正日益受到MEMS研究者的重视.其仿真内容涉及力学、电子学、热学、光学、流体学等许多学科.MEMS和其他微系统可看作为一个多域物理系统.本文从方法学观点讨论了建模方法、计算机辅助模拟工具、多域模型库以及不同仿真器的耦合问题.将电网络概念引入到不同域系统仿真中以及等效电路被应用到不同的物理域系统.对于系统模拟和仿真来说,元件模型库的建立非常重要,引入多端口元件,并用线性和非线性微分方程加以描述.另外,本文也简单分析了系统仿真中涉及的降阶问题、模型优化方法以及相关的仿真工具和仿真器间的耦合问题.

微机电系统(MEMS)测试技术及方法是MEMS设计、仿真、制造及质量控制和评价的关键环节之一,本文对MEMS测试技术及方法所涉及的微机械量、微几何量、微材料特性以及系统综合参数与性能的测试技术及方法进行了讨论.重点介绍了光学及光电检测技术在微机电系统检测中的应用,对计算机微视觉检测技术在微机电系统检测中的应用进行了探讨.

建立了微型振动式发电机的核心部件振子的结构模型.利用有限元的方法对振子进行了动力学分析及计算,并应用ANSYS有限元分析软件,对振子进行了计算机模拟分析,得出了敏感元的厚度、宽度对振子固有频率及最大变形量的影响.设计出了优化的振子系统结构.

阐述了一种新的X射线超反射镜的设计方法,它是基于经验理论公式的解析设计方法和基于计算机的数值优化设计方法相结合的产物.利用前者提供比较好的初始膜系,再利用后者对该初始膜系进行优化处理,从而获得比较好的设计结果,并大大减少了计算时间.讨论了实际制作出的多层膜存在的表面粗糙度及膜层材料间的相互扩散对多层膜反射性能的影响,并给出了模拟计算的结果.依据上述方法,在比较大的掠入射角情况下,设计出了具有较宽反射带宽的W/C X射线超反射镜.

当前空间相机的光学系统的要求是:在多光谱范围内,系统要有高分辨率、大视场、小体积、质量轻且像面为平像场,TMA(Three mirror anastigmat)可以满足上述要求.为此给出了这方面的设计,所研究的TMA系统三个反射面都是二次曲面,将主镜和第三镜离轴放置,避免中心遮拦的影响,系统的视场可达到5°×0.2°,焦距为6 m,像质接近衍射极限.

纳米结构制作是纳米技术的重要组成部分,原子光刻技术是纳米图形制作的一项新方法.对直流高压放电产生的亚稳态氩原子束进行准直减小其发散角,亚稳态原子在与之传播方向垂直的激光驻波场中发生淬火并沉积在基底上,破坏吸附在基底表面的SAM膜(self_assembled monolayers),结合刻蚀技术可制作出纳米量级的图形.给出该技术制作纳米图形的基本原理、方案、相关理论及模拟结果.

在极紫外光刻技术中,光学系统对多层膜光学元件表面面形精度有严格的要求,并且多层膜光学元件需要较高的反射率.由于多层膜中存在的内应力将改变光学元件的表面面形,因此在不减少反射率的前提下,一定要减少或补偿多层膜内的残余应力.论述了Mo/Si多层膜应力产生的原因和几种减少与补偿应力的技术,介绍应力的几种测量方法.

提出了一个用于描述脉冲在半导体光放大器(SOA)中传播的模型,此模型主要考虑了半导体光放大器内载流子加热(CH)、光谱烧孔(SHB)、双光子吸收(TPA)和非线性折射率(NR)这些非线性效应以及群速色散和ASE噪声对放大器性能的影响.介绍了基于此模型编制的SOA模拟软件,软件可以模拟SOA的输入-输出过程,即给定输入端的脉冲复振幅即可求出输出端的脉冲复振幅.软件由几个功能模块组成,这些功能模块可以复用于更大的模拟系统.

"Nanosys-300非球面曲面超精密复合加工系统"是 "九五"重点预研课题-"非球面曲面的超精密加工与测量技术"的主要研究成果.重点对非球面曲面光学零件超精密加工机床,非球面曲面光学零件超精密加工工艺,非球面曲面光学零件超精密测量技术进行了研究.其主要技术成果有:非球面超精密复合加工系统综合设计和制造技术,高速超精密空气静压主轴系统,超精密闭式液体静压导轨系统,高速超精密空气静压磨头电主轴系统,开放式高性能数控系统集成技术等.系统的精度检测和工艺实验表明其研究水平进入了国际先进行列.

高功率固体激光装置的波前校正通常采用自适应光学或衍射光学的方法,但这些方法的应用都有一定的困难.小磨头数控抛光加工技术已逐渐得到广泛的应用,用它来实现大口径高功率固体激光装置的静态波前畸变校正提供了解决此问题的新思路.文章给出了校正试验模型、试验过程和结果.波前畸变由校正前的PV值4.59 λ(λ=632.8 nm),RMS值0.938 λ下降到校正后的PV值0.43 λ,RMS值0.075 λ.校正的效果是相当明显的,证明了其应用的可行性.

介绍了国内外航空光电侦察平台的技术发展概况,并针对航空光电侦察平台的关键技术问题进行了全面分析与研究.单元优化与系统集成技术:光电侦察平台框架数目的选择、平台框架结构形式的选材、有效载荷的配置和选择、环境适应性设计;提高成像质量的控制技术:惯性稳定控制技术、被动减振与阻尼技术、电子稳像技术;图象跟踪与处理技术;动态检测技术.依据作者的工作体会,论述了航空光电侦察平台的未来发展趋势.

弹性铰链是一种在精密机械中广泛应用的新型铰链形式.本文概括了常用的弹性铰链类型,总结了各种切口形状弹性铰链的特点,对单轴双圆弧和单轴单圆弧的弹性铰链作了比较,最后介绍了弹性铰链的加工及应用情况.

在伺服系统中,对以摩擦力矩为主的低速非线性补偿,通常采用两大类方法, 一类是基于摩擦力矩模型的补偿, 另一类是不基于摩擦模型补偿.针对伺服系统中低速非线性干扰,本文给出了两种控制策略来抑制伺服系统的低速抖动,一是基于库仑模型的自适应低速抖动补偿,二是高增益的PID控制补偿.进行了实验分析和比较,结果是:基于库仑摩擦模型补偿的系统最小平滑速度为0.002 4°/s,此时跟踪随机误差峰-峰值0.695″;采用PID校正时的最小平稳速度为0.029 6°/s, 随机误差峰-峰值1.281 5″.得出了基于摩擦模型的自适应低速补偿控制结果优于传统的PID控制的结论,为研制出结构简单,性能优良的精密转台伺服系统提供了理论和实验依据.

本文详细地讨论了外差干涉仪的两个主要问题,即干涉仪的横向定位问题和非线性误差分析及其误差补偿问题.首先,提出了一种新颖的解析方法实现干涉仪亚微米级的高精度定位.该方法首先建立了测量光束扫过台阶边缘时测量相位渐变数学模型,并讨论了它与激光束分布的关系.文章利用以上数学模型对测量相位数据进行了详细地分析,实现了在一般激光束径时,干涉仪的定位精度为亚微米量级.另一方面,文章详细地分析了共光路干涉仪三个主要误差源.分析结果表明:由Wollaston棱镜引起的误差主要是二阶误差,而由激光束的椭圆偏振化引起的误差为一阶误差.同时我们发现:金属反射镜的方位误差可以使线偏振光经反射后变为椭圆偏振光,该椭圆偏振光具有不正交性和不相等偏心度,文章首次详细地分析了这种不正交性和不相等偏心度与反射镜方位误差的关系及其由此产生的非线性误差.最后,文章分析了干涉仪的误差补偿措施以提高整个干涉仪的测量精度.