为研究具有柔性气动外形的微型飞行器抗气流扰动特性，本文设计了一种具有柔性气动外形微型旋翼飞行体，利用有限元方法对飞行体垂直气道的设计模型进行了模态分析，实现了飞行体的垂直起降和悬停。在基于双目立体视觉测量的气流扰动场实验装置中对飞行体完成初步的三维可视化检测，利用频闪成像方法记录气流扰动下飞行体的运动轨迹和气动外形的形态学变化，为研究柔性气动外形非定常气动特性以及飞行体抗扰动机理提供一种有效的可视化信息提取方法。

介绍了基于计算机控制的频闪显微干涉测量技术，实现了对MEMS微变形镜的表面形貌、离面变形、静态电压-位移曲线和谐振频率的测量。采用频闪成像、计算机微视觉技术以及基于最小二乘曲面拟合法的亚像素定位技术实现了对平面内微位移的测量；利用频闪成像以及5步相移干涉技术实现了对干涉相位的提取，建立了适合于MEMS微变形镜特性测试的相位解缠算法，恢复了代表被测物体表面形貌的真实相位，实现了微变形镜静动态特性的测试。测试结果表明: 频闪显微相移干涉测量技术具有测量速度快、精度高、易实现自动控制等特点。

为了对MEMS器件的3D形貌、垂向位移与形变、共振频率等特性进行精确的非接触式的测量,研制了一种基于激光频闪法的MEMS动静态测试系统.该系统以改进了的泰曼干涉仪为核心,采用激光照明,结合五步相移算法,获得MEMS器件静态表面的3D形貌图.使激光频闪的频率与MEMS器件驱动信号源频率一致可以获得相对"冻结"不变的3D形貌.改变频闪激光相对于MEMS器件驱动信号源的相对相位延时,可以获得周期内的MEMS器件离面运动轨迹等参数.本文设计并实现了与该系统配套的数据处理软件.该系统对于离面运动的测量精度可达1nm,最高测试频率可达500kHz.通过对可变形反射镜的测试验证了该系统的可靠性与通用性.

三维相位展开算法将基于空间的相位展开算法拓展到时间轴上, 包含了一维时间和二维空间信息, 适合于运动测试。通过建立一维时间相位展开算法的数学模型, 分析了该算法运动测试的基本原理, 讨论了在精密测试中的使用方法和适用范围, 并对微谐振器的微结构进行运动测试。实验表明, 算法在相位展开中引入时间信息, 不仅消除了形变测量中需选取静止点为相位参考点或参考平面的限制, 还可以同时测量物体表面某点纳米级的离面运动曲线和表面形变。

微结构是微机电系统的基本元件,其几何尺寸、运动特性、材料及力学特性直接影响微机电系统的整体性能。提出一种将计算机微视觉、米劳显微干涉、频闪成像和激光多普勒测振等技术充分融合的微结构静态和动态特性的光学测试平台,分别对微谐振器的平面和离面周期运动特性和微机械扭转镜的离面瞬时运动特性进行测试研究。实验结果表明,利用计算机微视觉和频闪成像技术能够实现微结构的平面位移、运动相位及谐振频率等周期运动参量的测试,位移的重复精度为30 nm;利用显微干涉和频闪成像技术可实现微结构的离面位移及表面扭曲等周期运动参量的测试,位移的重复精度为3 nm;激光多普勒测振技术具有在频域上对微结构瞬态运动进行分析的优点,是时域上周期运动测试的重要补充。