微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源（China spallation neutron source，CSNS）工程目前在建的谱仪之一，为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量，要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下，研制了基于⁶LiF/ZnS（Ag）闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）结构的位置灵敏型闪烁体探测器，以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准³He管的入射中子数归一化计算得到，位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能，对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性，并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试，该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm，探测效率为（61.8±0.2）%@0.4 nm，达到了工程设计指标，满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。

基于加速度计或陀螺仪的测姿方法均存在大角度条件下姿态角误差放大、突变问题。对大俯仰角测量, 通过预置欧拉旋转法可确定冗余加速度计的布置方式, 降低了俯仰角测量误差。对大俯仰角条件下的滚转角测量, 提出基于角速率阈值判定的陀螺解耦测姿算法。当俯仰角速率大于设定阈值时, 采用角速度投影可钳制滚转角误差的漂移; 当俯仰角速率小于设定阈值时, 采用角速度积分可避免角速度投影造成的姿态误差放大。通过理论推导、分析和仿真, 预置欧拉旋转法能有效避免大俯仰角条件下俯仰角姿态误差放大, 陀螺解耦测姿算法能在振荡环境下长时间保持滚转角精确度。

采用有限元法对H13钢基体表面激光熔覆Stellite6钴基粉末的温度场进行了数值模拟。分析了不同功率、扫描速率和光斑半径对单道激光熔覆温度场分布的影响, 得出了最佳工艺参数为: 激光功率1 200 W, 扫描速率200 mm/min, 光斑半径2 mm。模拟了多道搭接温度场分布, 获得了温度梯度以及熔池边缘的冷却速率。结果表明: 多道搭接时, 前一道对后一道有着明显的预热作用; 垂直于扫描方向的温度梯度最大。采用优化的工艺参数进行了激光熔覆钴基合金实验研究, 获得了组织细小、致密且无缺陷的熔覆层。数值模拟结果与实验结果吻合较好。

径向边缘的伪影是外部CT图像明显存在的缺点。为了抑制外部CT图像径向边缘的伪影,采用加权方向全变差(WDTV)算法计算沿径向和切向方向的局部方向差分,引入两个权重参数对这两个局部方向差分进行加权求和。WDTV算法可以更好地描述外部CT图像梯度模的稀疏性,有效提升重建图像的质量。针对高噪声中子外部CT检测的需求,在WDTV重建模型的框架下,对沿着径向和切向两个方向附近的一定角度范围内分别施加不同的全变差(TV)最小化约束。改进的WDTV算法中TV最小化的作用更明显,具有更强地抑制径向边缘伪影与抗噪声的性能。计算机仿真结果和齿轮冷中子实验结果表明,改进的WDTV重建模型能够更有效地抑制重建图像的噪声,提高重建图像的质量。

激光电弧复合焊接由于二者耦合的参数较多,为了得到优良的焊缝形貌通常需要进行大量的参数优化工作才能得到一个相对稳定的工艺参数窗口。为了缩短实验周期同时找到非稳定状态产生的内在机理,采用实验设计方法研究了光丝间距、焊接电压、激光功率对激光+脉冲熔化极气体保护焊(GMAW)复合焊接表面成形及过程稳定性的影响。通过高速摄影和电信号系统对影响成形规律差异性的原因进行了解释说明。研究结果显示,较高的电压和较小的光丝间距会导致焊接过程不稳定,造成这一现象的原因是熔滴受力模式和大小发生变化最终导致熔滴落点脱离焊枪移动方向。

基于微电子机械系统 (MEMS)加工技术的微半球谐振陀螺在吸收了传统半球陀螺全角测量优势的同时具有体积小，质量轻，成本低以及适合批量化生产的特点。在使用牺牲层法来制备微半球壳层结构的过程中，如何 在单晶硅上制作一个表面光滑的、结构整体对称性高的半球型模具对于半球谐振子的性能有决定性的影响。在 HNA(氢氟酸、硝酸、醋酸 )各向同性腐蚀液制作微半球谐振子模具的原理基础上，介绍基于 HNA溶液各向同性腐 蚀的微半球谐振陀螺研究进展，指出了各向同性腐蚀工艺目前所面临的主要技术问题，并对此提出了一些可能的解决途径。

微机电系统 (MEMS)封装残余应力是在封装工艺过程中芯片上产生的残余应力，它对于 MEMS器件的热稳定性和长期贮存稳定性有着十分重大的影响，故而对 MEMS封装残余应力的高精确度测量有利于封装应力的研究 。由于封装残余应力十分微小，因此无法利用目前的测量手段直接测量封装应力，本文针对这个问题提出了一种基于应力放大结构和拉曼光谱法的封装应力测量方法，可以测量出 MEMS器件中封装应力的平均水平。基于理论 分析建立了原始封装模型与应力放大结构之间的放大关系，并提出应力放大结构的设计原则。接着采用 3D有限元(FEM)仿真对一款高精确度 MEMS微加速度计的封装应力测量进行了分析，其结果与理论分析具有很高吻合度。 最后，针对该微加速度计的封装应力测量，成功制作了应力放大结构的芯片样片，并进行封装，随后拉曼光谱法被用于测量样片中的最大应力，进而计算出待测微加速度计中平均封装应力大小。实验结果与仿真分析具有很 好的吻合度，证明本文所提出的测量方法具有相当的可靠性。