针对激光测风雷达回波信号极其微弱，直接快速傅里叶变换(FFT)后无法得到回波信号频域幅值的问题，该文提出了嵌入现场可编程门阵列(FPGA)的数字中频信号处理方法，有效地提取了回波信号频域幅值。激光测风雷达的回波信号是相干激光脉冲信号经过空气中气溶胶后向散射的信号，由于空气中气溶胶浓度小以及激光发射功率限制，回波信号微弱，首先将模拟回波信号经过中频放大器进行信号放大，再进入模数转换器(ADC)采样，然后采用补零FFT和FFT频谱累积等数字中频信号处理方法，提高微弱回波信号的信噪比，从而有效识别了回波信号中含有风速信息的频域幅值。结果表明，经过试验可得2 km内稳定的风速，精度可达0, 1 m/s。

以压电陶瓷驱动器作为动力输入的快速伺服刀架具有输出力大和高频率响应的优点。压电陶瓷驱动器固有的迟滞现象严重影响了快速伺服刀架的输出定位精度。为解决此问题，通过引入归一化Bouc-Wen模型建立前馈控制补偿器，归一化Bouc-Wen模型解决了经典Bouc-Wen模型中存在的参数冗余问题。获得模型参数后，基于其逆模型搭建了前馈补偿器，并在搭建的实验平台上进行了单/双自由度轨迹跟踪性能测试。实验结果表明，对于等幅正弦波信号，经前馈控制环节补偿下快速伺服刀架的最大轨迹跟踪误差为1, 18%，最大轨迹跟踪偏差为2, 61%，证明该文所提出的前馈控制补偿器能提高快速伺服刀架的定位精度。

为了降低微流分析成本，该文提出了基于智能手机检测压电基片上目标微液滴方法，并开发出相应的应用软件，通过分析微液滴颜色信息和几何信息定位目标微液滴位置，结合分析时间获取微液滴输运速度。为验证提出方法的正确性，以5 μL黑色墨水溶液微液滴为研究对象，进行压电基片上微液滴识别和位置分析实验。结果表明，该文所提方法和开发的应用软件可识别和定位压电基片上微液滴，在功率为27, 5 dBm时，第2~10 s段内微液滴输运速度为0, 416 mm/s。

基于Timoshenko梁弯曲理论，该文建立了双激励阶梯形弯曲振动夹心式压电换能器的传递矩阵理论模型。利用解析理论模型和有限元仿真对换能器的前4阶弯曲振动特性进行了计算分析。结果表明，在换能器的各阶弯曲振动模态下，解析理论计算与有限元仿真均取得了一致结果，即在低阶(一、二阶)弯曲振动模式下换能器有效机电耦合系数大，高阶弯曲振动模式下换能器的有效机电耦合系数小。阶梯形前盖板的直径比对换能器的各阶弯曲共振频率和放大系数均有较大的影响，直径比越大，弯曲共振频率越低，放大系数越大。

智能井盖的应用减小了人工巡查的难度，降低了人们的生命财产安全风险。该文研究了一种钹式压电能量收集器，有效地提高了智能井盖无线监测节点电池的续航能力，降低了人工巡查的成本。分析了收集器的工作原理，采用ANSYS Workbench软件进行仿真优化，研究了对钹式压电能量收集器输出性能影响的关键因素。加工组装了钹式发电装置样机并完成了测试。结果表明，样机在脉冲宽度250 ms、冲击载荷0, 5 MPa下，输出开路电压为102 V，输出功率为4, 11 mW，有效地提高了井盖监测节点的续航能力。

利用中红外光纤构建了一种在线准确检测偏二氯乙烯的红外光纤倏逝波传感器，该传感器由U形中红外光纤传感探头、偏二氯乙烯选择性敏感膜和超疏水膜构成。四氟乙烯敏感膜涂覆在U形区表面，超疏水膜涂覆在偏二氯乙烯敏感膜表面。U形传感器可增强光纤表面倏逝波强度，从而提高传感器的灵敏度。敏感膜可实现对水体中偏二氯乙烯的选择性测量，提高传感器测量结果的准确性; 超疏水膜可抑制水分子对测量结果产生的负面影响。实验研究了偏二氯乙烯的特征吸收光谱，以及传感器对偏二氯乙烯的响应灵敏度、响应时间和选择敏感性。从理论上建立了传感器测量偏二氯乙烯的理论模型。研究结果表明，传感器对偏二氯乙烯具有高选择敏感性，传感器灵敏度可达0, 002 1 abs/(mg·L-1)，响应时间为230 s。

该文基于掺钪AlN薄膜制备了高次谐波体声波谐振器(HBAR)，研究了钪(Sc)掺杂浓度对AlN压电薄膜材料特性及器件性能的影响。研究表明，当掺入Sc的摩尔分数从0增加到25%时，压电应力系数e33增加、刚度CD33下降，导致Al1-xScxN压电薄膜的机电耦合系数k2t从5, 6%提升至15, 8%，从而使HBAR器件的有效机电耦合系数(k2eff)提升了3倍。同时，当Sc掺杂摩尔分数达25%时，Al1-xScxN(x为Sc掺杂摩尔分数)压电薄膜的声速下降13%，声学损耗提高，导致HBAR器件的谐振频率和品质因数降低。

为了提高压电微机电系统(MEMS)扬声器的声压级，该文提出了一种新型的扬声器振膜结构，该结构由4个相同的扇环驱动单元和中间圆形质量块组成，并在上表面覆有一层柔性材料，形成刚性-柔性耦合封闭振动膜。优化该结构中圆形质量块半径r2和相邻扇环的相邻边夹角θ等参数。结果表明，当θ=50°，r2=700 μm时，声压级最大。在保证振膜面积相同和谐振频率基本一致的情况下，与优化后的固支圆形多层振膜相比，该文所提出的新型结构声压级高5 dB。

针对高过载环境下制导弹药内部空间约束及运动参数难以精确测量的问题，该文设计了一种框架式嵌入结构型的微惯性测量单元(MIMU)结构。MIMU由三轴微机械陀螺仪和三轴微机械加速度传感器组成，通过合理配置传感器的安装方式和优化内部空间布局，极大地减小了MIMU的质量和体积。整体结构采用高强度金属材料和特殊的灌封工艺，保证了MIMU抗高过载性能。通过有限元仿真与分析表明，所设计的MIMU结构可满足不小于20 000g(g=9, 8 m/s2)的过载冲击。最后在靶场通过搭载某型号试验弹进行炮射过载实验，其实验结果表明，该文所设计的MIMU具备抗高过载能力，满足制导弹药高过载要求。

该文基于正挠曲电效应建立了开口圆柱壳结构的挠曲电传感器模型。首先分析了开口圆柱壳的动态响应特性; 其次根据正挠曲电效应，建立了由动态应变梯度引起的挠曲电传感理论，并推导出模态电压的表达式,挠曲电效应引起的挠曲电传感信号由长度方向弯曲应变引起的挠曲电信号与圆周方向弯曲应变引起的挠曲电信号两部分组成,分析了挠曲电片无限小时各点的分布式传感特性; 最后分析了不同模态的频率及弯曲角度对挠曲电传感信号的影响，对比分析了不同方向弯曲应变引起的挠曲电信号的不同作用。研究结果表明，该分析结果对优化开口圆柱壳结构的传感特性有重要意义。