采用改进型的麦克斯韦-维恩电桥法，提出一种基于无感电阻法的电桥电阻时间常数影响量补偿方法，研制新型电感基准传递电桥，建立了我国新一代电感基准装置。基于容抗与感抗的等效替代法，提出一种将电感量值直接溯源至电容单位的新方法，缩短了电感量值溯源链，并验证了麦克斯韦-维恩电桥法复现电感量值的结果。新一代电感基准装置在1 kHz频率下，可复现10 mH、100 mH电感量值，测量不确定度优于2 μH/H（k=1）。新电感基准装置的建立完善了我国交流阻抗计量溯源新体系，确保全国电感量值的准确统一，并将应用于新一轮的电感国际关键比对（CCEM-K3）。
阐述了交流电阻标准装置的组成及原理，研制了一套基于感应分压器原理的四端对交流电阻电桥，通过与溯源至我国新一代计算电容基准和量子化霍尔电阻基准的四回线型计算电阻标准的比较测量，可实现400 Hz~10 kHz频率范围内1 Ω~1 MΩ的交流电阻量值及时间常数的高准确溯源量传，其中交流电阻量值的相对标准测量不确定度可达0.1~6.0 μΩ/Ω。
基于Schwarz-Christoffel变换，对叉指电容结构的电容值进行了理论计算，通过理论计算和仿真分析，研究了叉指电容结构几何尺寸和电极对数对片上小电容标准单元的影响，并实现了电容值在10 fF～100 fF的叉指结构电容标准单元的制备和测试验证。测试结果表明，片上小电容标准单元的电容值随着叉指电极长度和对数增加电容值的改变将越趋近于线性变化，在10 fF～100 fF范围内片上小电容标准单元的标准不确定度优于0.5% × C + 100 aF（C为电容值）。研究结果为进一步制作更宽范围的片上小电容标准单元提供研究基础。
利用电流比较仪测量微小误差电流的原理，采用嵌入式控制模块，由电流互感器误差校验回路中电流标准回路的电流信号产生的工作电压，通过程控的电导箱和电容箱产生与工作电压同相和正交的高准确度微差电流，并与被测电流互感器误差电流同时输入电流比较仪绕组，再通过高分辨力的数字指零仪进行自主平衡测量，实现了0.000 01%至10%宽误差范围和50 Hz至1 kHz宽频带电流互感器的比值误差和相位误差的测量，与传统的电流互感器校验仪相比具有准确度高，测量范围宽和测量速度快等优点。
超导芯片是脉冲驱动任意波形合成系统（JAWS）系统的核心。由中国计量科学研究院（NIM）自行研制的JAWS芯片，采用渐变波导结构以补偿阵列中不同位置的约瑟夫森结所感受到的差异化驱动脉冲强度，通过测试芯片的I-V特性曲线，以及使用脉冲序列驱动芯片合成交流信号来验证芯片的电学性能。测试结果表明：芯片中集成的8000个约瑟夫森结全部正常工作，成功研制了有效值150 mV交流、1 kHz量子电压信号输出的超导芯片，高次谐波的幅值比基频低105 dB。
基于一种电桥自动辅助平衡算法，对数字比例交流电桥装置进行了改进。改进的数字比例交流电桥能够有效减小中心支路电位对测量结果的影响，实现了自动化快速测量。引入高精度电压跟随器实现模拟开关与桥路、采集卡的有效隔离以提升测量精度。对采集卡采集到的电压比例进行修正，修正后的电压相对比例误差小于10 µV/V。将改进型数字比例交流电桥装置与传统四端对交流电阻电桥进行对比实验，在典型频率下数字比例交流电桥的测量不确定度优于1×10-5。
介绍了一种千安级宽频交流大电流的校准系统，可解决电流范围最大到2 kA、频率从50 Hz~1 kHz的交流大电流的校准问题。为了保证交流大电流溯源链的完整性，开展了补偿式交流电流比率校准方法研究，研制了一套可以覆盖比率到1000∶1、频率到1 kHz的交流电流比率校准系统，解决了关键的非工频电流比率标准溯源问题，并进行了相关测试，以验证交流电流比自校准系统的量传可靠性。通过该校准系统可对被测交流大电流源开展校准试验，验证结果表明系统的扩展不确定度约为2.4×10-4，满足大部分宽频交流大电流校准需求。
在新型电力系统中，电动汽车充电桩、光伏、储能等直流配用电技术迅速发展，对直流电能计量准确性提出更高要求。准同步算法是解决非周期信号测量的最有效算法之一，且可以通过增加递推阶数，减少频率动态波动对测量准确度的影响。针对直流信号中纹波分量随机时变的动态特征，提出了一种基于频率自适应多阶准同步算法的直流动态电能计量方法。基于有限脉冲响应滤波、微分过零点频率监测方法，快速锁定直流动态信号瞬时频率，根据瞬时频率动态调整准同步算法的平均周期采样点数和采样频率，使得自适应准同步算法的误差约等于每周波采样点数倒数的n（n为准同步迭代次数）次幂，实现直流电能和纹波电能的精准跟踪分离，有效提高了复杂动态工况下的直流电能计量准确性。为了验证该算法的性能，开展了直流动态电能测试验证，测试结果表明，该算法直流分量和有功功率准确度优于0.01%，纹波功率准确度优于0.1%，，可应用于直流动态工况下的电能计量。
利用广义S变换时频矩阵中时间最大幅值曲线和频率最大幅值曲线与电能质量信号幅值和频谱包络线的相关性，提出优化广义S变换的方法对高斯窗函数参数进行自适应选取，充分保留了电能质量扰动的幅值和频率特征。然后提出一种混合输入神经网络框架，分别对原始时间序列和优化广义S变换得到的时频矩阵进行自动特征提取，最后将2种输入提取到的特征进行组合并利用全连接层来识别扰动类型。通过对包含26种电能质量扰动类型的仿真数据集进行训练和验证，结果表明所述方法对扰动识别准确率为99.77%；然后对2种实际电网扰动信号进行测试，对扰动识别准确率仍然能达到92.5%，高于传统单一输入神经网络。
针对现有并网逆变器参数虚拟测量方法大多需要获取设备内部信息来实现参数测量，对试验条件要求较高的问题，提出一种基于频率响应的并网逆变器参数虚拟测量方法，仅需在设备端口施加扰动和测量输出即可实现参数的虚拟测量。首先，分析了并网逆变器的运行原理和数学模型，建立了相应的传递函数并得到频率响应特性。在此基础上构建并网逆变器的虚拟测量优化模型，并利用粒子群算法计算逼近设备实际频率响应特性的参数组合。仿真结果表明，该算法仅利用并网逆变器端口电压和电流测量信息实现内环、外环和锁相环控制参数的虚拟测量，且最大误差不超过2.6%。
采用超高真空直流磁控溅射技术，分别制备了超导Mo薄膜和Mo/Au双层薄膜，研究了不同的溅射功率和溅射气压下薄膜的应力、粗糙度和超导转变温度的变化，实现了应力范围为-421 ~ 163 Mpa、粗糙度<1 nm、超导转变温度为1.06 ~ 1.10 K的Mo薄膜制备，并以此为基础制备了应力范围在-38 MPa至26 MPa之间，超导转变温度为80 ~ 350 mK的Mo/Au薄膜，为研制单能X射线超导转变边沿传感器（TES）提供了技术储备。
介绍了四端交流分流器的等效模型，以零磁通电流互感器为电流比例标准，构建了测量交流分流器时间常数这一主要参数的交流电桥，采用多位双级感应分压器对标准交流电阻的电压进行分压，利用差分测量电路实现对被测分流器和标准交流电阻电压差值的测量，通过双路同步采样系统实现电桥信号的测量，并采用离散傅里叶变换算法计算出电压幅值比和相位差，从而计算出被测交流分流器的阻值和时间常数。验证实验表明，测量装置可在20 Hz~3 kHz频率范围内实现100 A以下交流分流器的精密测量，时间常数最佳测量不确定度为8 ns。
面向深空磁场探测应用的矢量原子磁力仪，不仅需要在弱场下具备较高的灵敏度，还需要具有长期准确测量能力。故需要对矢量原子磁力仪在近零场下的灵敏度和线性度，尤其是准确度方面的性能指标进行地面测试标定。由于目前国家标准计量机构暂时没有可对微弱磁场强度下的磁力仪进行直接测试标定的装置，故提出了一种近零场下间接的测试标定装置和方法。在磁屏蔽筒内利用经过计量标定的CPT原子磁力仪对磁场发生线圈进行标定，通过标定过的线圈产生微弱人工磁场，结合零点旋转测试标定方法，实现对磁力仪准确度的测试标定。完成了近零场高精度原子磁力仪传感器的测试标定和不确定度分析，在±5 nT量程范围内线性度为0.03%，零点合成不确定度为12.90 pT，测量值合成不确定度为15.80 pT。
Cs-4He光泵磁力仪以其较高的准确性优势，在磁场计量领域有着重要的地位；但其灵敏度指标并不理想，大大限制了其应用场景。从Cs-4He光泵磁力仪的磁响应实验数据出发，分析得到了其灵敏度主要受限于射频展宽的实际状况。针对这一限制，从理论上提出了将Bell-Bloom原理与Cs-4He光泵磁力相结合的研究方案。该方案使用光场调制替代射频磁场调制，有望减小射频展宽对灵敏度的影响，从而显著提升磁场探测的灵敏度。通过理论计算，得出该方案可以将Cs-4He光泵磁力仪探测磁场的灵敏度提高1/3的结论。此外，还重点分析讨论了该方案可行的工作区间。通过对比自旋交换碰撞、潘宁电离形成的角动量交换速率和磁场导致的拉莫尔进动频率，给出了Bell-Bloom型Cs-4He光泵磁力仪可工作的磁场范围。
提出一种基于交流注入法和Goertzel算法的超级电容等效内阻检测新方法。首先利用交流注入法，求出超级电容的复阻抗；然后利用Goertzel算法，求出激励信号与超级电容输出信号的相位差，从而计算获得超级电容的等效内阻。这种方法只需计算激励信号特定频率点的频谱信息，与传统的快速傅里叶变换（FFT）方法相比，计算量大幅下降。实验结果表明，采用Goertzel算法的测量误差与FFT算法相当，均能满足误差小于5%的要求，但Goertzel算法的计算量远小于FFT算法。
研究了10 V可编程约瑟夫森结阵的结构和低温超导特性，分析了10 V可编程结阵的激励算法和激励系统结构，提出了数字多用表的结阵超导特性扫描方法，与传统基于示波器的观测方法相比，大幅提升了结阵超导特性扫描和评估的准确性。实验结果表明，各子阵列的临界电流均大于4 mA，在注入微波后，各子阵列正向和负向量子电压台阶宽度均大于1.5 mA，设计和研制的10 V可编程结阵激励和超导特性扫描系统，能够较好地为10 V约瑟夫森结阵提供激励，为开展无液氦10 V量子电压系统的研究奠定了基础。
在制造量子电压芯片时，使用二氧化硅薄膜作为层间介质层（IDL）可以实现约瑟夫森结的电气连接。通常二氧化硅是保形沉积的，后续的铌线层容易在直角台阶附近形成晶界裂纹。考虑到光刻和芯片高低温循环可靠性， 需要对IDL进行平坦化处理。相对其他平坦化方案，牺牲层回刻的方法工艺步骤简单，适用于小批量的研究工作。具体步骤为：在IDL上旋涂覆盖厚光刻胶层填充图形中的沟壑并形成平坦的界面；然后采用反应离子束刻蚀等速去除光刻胶和SiO2，整体上完全刻蚀到SiO2层后即可得到平坦的介质层表面，消除绝缘层台阶。其中光刻胶和SiO2的等速刻蚀通过调节氧气流量与射频功率来实现。在回刻过程中使用终点探测系统实时监控平坦化状态，根据反射光强变化曲线来判断刻蚀深度，并决定何时停止这一过程。采用以上方法成功在结区上方形成厚度适宜、表面平坦的介质层。将牺牲层回刻法应用于芯片的制备，得到了没有裂纹的铌线层。芯片具有良好的直流特性曲线，有效提升了芯片的高低温循环可靠性。
介绍一种新型高准确度电流比较仪的结构及工作原理，提出了“屏蔽定向引流”线路结构。该结构可基本消除二次绕组容性泄漏误差，并可消除二次绕组各段组合使用时引入的附加误差，提高了电流比较仪的准确度。在电流比率5 A/5 A～5 000 A/5 A范围内，达到的技术指标优于1×10-6。结合 “屏蔽定向引流”线路结构的特点，进一步提出了多比率电流比较仪自校准方法，其校准不确定度优于2×10-7。该校准方法准确度高，稳定性好，操作简单，耗时短，可有效解决过去长期困扰的互感器长途运输送检问题。
感应同步器、旋转变压器是一类基于电磁感应原理的角位置传感器，广泛应用于自动控制、伺服系统中，其输出信号是一组随角位置变化呈比例关系的交流电压信号。要对该信号实现精密测量或校准需要使用专用角度指示器，此仪器功能单一且价格高昂。因此，使用通用数字化仪研制了一套精密角位置信号数字化测量系统，实现了分辨力达0.000 1°，测量准确度达±0.001°（k=2）的同步分解信号测量能力。该系统不仅可应用于角度模拟器、感应同步器、旋转变压器的校准或检测中，相关技术还可以应用于国产化精密角度指示器研制中，具有良好的应用前景。
智能电表的性能通常会随时间下降，现场检定需要大量人力物力，因此提出了一种基于高速卷积神经网络和双向长短期记忆网络相结合的误差估计方法。首先，针对智能电表采集到的充电设施的数据特性进行预处理，其次基于加入高速网络的卷积模块提取变量间的空间特征，保留一部分原始信息，再将提取的特征输入双向长短期记忆网络中捕捉时序特征，得到更精确的相对误差。最后在某地的新能源汽车充电站的数据集中进行验证，对比现有的先进模型，实验结果表明文中所提方法在充电桩电能表相对误差估计方面有更高的准确性，设计的三种性能评价指标至少有13.68%以上的提升。
低频振荡暂态是电力系统中常见的一种电能质量扰动，其直接影响电力系统的安全、稳定运行。通过对影响时频分析算法检测精度的窗函数进行了研究，提出一种基于优化窗函数改进S变换的低频振荡暂态检测方法。首先，对时频分析算法中窗函数随检测频率变化的改变特性进行分析，确定了适用于低频振荡暂态扰动检测的优化窗函数，并利用其构造了改进S变换算法；其次，通过利用卷积定理、Fourier变换及其逆变换，推导了改进S变换算法快速实现的计算表达式，获取了包含信号幅值、相位信息的二维时频矩阵，给出了改进算法的实现流程；最后，采用包含低频振荡暂态扰动的电网信号对改进算法进行了测试。该优化算法对低频振荡暂态扰动表现出相对最佳的时频能量聚集性能，实际实验中所测得扰动中心频率为600 Hz，与扰动的生成频率相吻合，验证了改进算法的可行性和有效性。
电流传感测量在电力系统的计量、保护、控制等领域有举足轻重的作用。随着中国新型电力系统建设纲要提出并且智能化、数字化水平不断增长，电流传感器面临着宽频带、高动态、小型化的需求。相比于传统电磁互感器，基于法拉第效应、磁致伸缩、磁流体、热效应等原理的先进电流测量技术在宽幅值、宽频带、电磁免疫上各有优势；另一方面，针对新型电力系统的未来场景需求，传感器的部署、精度要求和可靠运行面临重大挑战。从电流测量机制方面，分别介绍了基于法拉第效应、热光效应、磁流体和磁致伸缩效应的电流传感技术。在此基础上，指出电流传感技术在传感方式、频率特性、环境适应性、直流测量等方面的挑战，需要新的传感材料以及拓扑结构提升其测量性能。之后，提出光纤电流测量发展趋势建议，为准确度高、适应性好的光纤电流传感器在新型电力系统建设中的广泛应用提供技术指导。
