针对传统 PID 控制方法在高精度称量过程中容易受环境扰动影响、导致测量值波动的问题，提出一种分阶段控制策略，以提升超高精度电子天平的重复性。基于分阶段控制策略，采用频域振荡法整定 PID 参数，以优化控制系统的响应特性，提高测量过程的快速性和平稳性，并在准静态平衡阶段，利用最小二乘法拟合系统位移系数，实现位移补偿，减少机械因素对测量结果的影响。实验结果表明：该控制策略能够有效抑制称量过程中的波动，提高短时间内测量结果的一致性，显著优化超高精度电子天平的重复性。该研究为超高精度质量测量提供了一种有效的控制方法，可应用于精密称重和微量分析等领域。
针对可集成在大曲率表面且能够测量多点动态压力的功能需求，研制了一种柔性微型阵列式PVDF（聚偏二氟乙烯）压电传感器。首先，针对PVDF压电薄膜的特性和应用场景设计了传感器结构，确定了传感器的工作原理；然后，建立了具有4个阵列单元的压电传感器的仿真模型，计算了压电传感器的理论测压能力，通过力电耦合仿真验证了传感器具有良好的动态响应能力和独立的阵列测压能力；最后，利用微加工技术制备了具有4个传感单元的柔性微型PVDF压电传感器，搭建了液体环境下的测压实验平台，实现了压电传感器在液体动态压力下的灵敏度标定，所测传感单元灵敏度为19.67 mV/kPa，阵列测压实验表明传感单元的压电响应趋势与被测压力一致，验证了传感器具备阵列采集动态信号的能力。
提出了一种使用串联声光调制器对的激光频率调制方法，实现宽频率范围激光测振仪的光频率法计量校准。通过直接利用射频信号源产生调频（FM）电压信号，进而用于控制声光调制器，将单频激光变成FM光频信号波形，以模拟振动产生的激光多普勒效应，对激光测振仪进行计量校准，将其量值溯源到FM电压信号的时间频率量值上。在一种外差式激光测振仪上的多组校准实验，验证了该方法的正确性与可行性，当校准速度5 m/s时，振动频率可达500 kHz，失真度优于2.3%，远超目前机械振动所能产生的100 kHz振动频率上限。
振动传感器温度响应校准实验中，半封闭式温控箱温度控制超调量大且控制精度低。针对此问题，提出了一种遗传算法优化模糊控制规则的Smith预估模糊PID控制方法。该方法通过Smith预估控制器通过补偿滞后环节减小控制系统超调量，并采用遗传算法优化模糊规则以减小模糊控制器的不确定性，从而提高控制精度。经仿真分析可知，该方法减少了温度控制系统超调量，有效地优化了模糊控制规则，增强了系统抗干扰能力与控制精度。采用该控制方法进行温度控制实验，实验结果表明，温度控制方法超调量小于0.7%，控制准确度小于1 ℃。
基于长短时记忆网络（LSTM）与CoAtNet网络，提出了一种刀具磨损预测CoAtNet-LSTM模型。在时域、频域、时频域中提取传感器信号特征，并通过孤立森林算法进行信号特征异常值处理，再将其输入预测模型中获得刀具磨损预测值并通过Hyperband算法优化模型超参数。应用PHM2010数控铣床刀具数据集验证训练模型的预测精度。实验结果表明，该模型的决定系数相较于原CoAtNet和LSTM网络模型平均提升了12.73%、16.44%。
在空间三角形大长度激光测量系统中，3路激光干涉仪构成的三角形边长是影响测量精度的关键，其准确测量可助系统消除阿贝误差。但实际检测不同仪器，位置变化导致边长测量不准，仍存剩余阿贝误差。为评估空间三角形边长对剩余阿贝误差的影响，将边长定义为系统参数。在分析阿贝误差消除原理基础上，考虑系统参数对误差消除的影响，提出基于非线性最小二乘法的系统参数自标定方法。仿真优化显示，该方法能显著提升测量精度。实验验证表明：第4台干涉仪在三角内侧时，3组实验最大误差从 2.49、2.60、2.57 μm降至 0.59、0.75、0.63 μm；在外侧时，从 4.01、3.46、3.61 μm 降至 1.61、1.38、1.78 μm。验证了系统参数自标定方法有效，可实时获取系统参数，提高测量装置精度和检测效率，有效解决剩余阿贝误差的问题。
针对面形测量中反向激光共线性的高精度要求，提出了一种基于双CCD相机的激光位移传感器光轴位姿测量方法。采用单束激光的反射共线性路径，以左像平面图像坐标系为xOy基准面，结合光栅尺构建z轴，建立了测量系统的三维坐标系，由2台CCD相机连续捕捉光斑中心坐标，通过多点拟合确定激光光轴直线方程，并提出了一种新的位姿关系计算方法，通过坐标系转换直接计算2束激光的位姿关系。优化了传统的单CCD相机检测方法，减少了分步标定引入的人为误差，提高了检测效率。实验结果表明，调校前2条激光束夹角为0.337°，距离为2.179 mm，经调整后，夹角降低至0.054°，距离减少至0.431 mm，表明该方法可实现光轴夹角亚角分（<0.1°）与光轴偏移亚毫米级（<0.5 mm）的位姿检测精度。该方法有助于定量分析面形测量中激光不共线引起的测量误差，同时，优化了传统的单CCD相机检测方法，使检测过程更简便，引入的误差因素更少。
针对水母识别分类算法存在准确度低、实时性差、识别种类少等问题，提出YOLOv5-LED水母识别分类算法。首先，设计了G-Conv模块、G-BottleNeck模块和G-C3模块，并在此基础上构建基于Ghost的特征提取模块；其次，提出四尺度特征检测头结构，设计了基于双向跨尺度PANet的特征融合结构并引入CBAM注意力机制，构建了一种新的水母检测与识别算法模型YOLOv5-LED；最后，改进了目标框损失函数，引入了基于KL散度的分布损失函数来替代交叉熵损失函数，对候选框生成算法进行了改进，且引入了基于Cluster NMS的方法来替代YOLOv5中的加权NMS算法。实验结果表明，以（0.5∶0.95）阈值为标准，YOLOv5-LED的平均检测精度较基础YOLOv5提高2.7%，参数量减少13.6%，计算量减少7.2%，在提高精度的同时，减少了一定的参数量和计算量，实现了网络轻量化。
提出了一种基于电光调制技术的布里渊光时域反射仪频移参数校准方法，将微波信号以双边带调制方式加载到光信号上并进行功率衰减，模拟实际光纤链路中产生的背向布里渊散射信号。通过调节信号发生器输入信号的频率，完成调制边带信号频率的调节，实现大频率范围不同频率点的布里渊频移参数校准。经过实验验证及不确定度分析，布里渊频移测量不确定度达到0.04 MHz（k=2），满足布里渊光时域反射仪频移参数的量值溯源需求。
针对现有目标检测方法检测近场合成孔径雷达图像容易出现漏检、误检和精度低等问题，提出了基于YOLOv8-seg的近场多输入多输出（MIMO）-SAR毫米波图像目标检测算法，实现近场危险目标检测。将骨干网络和颈部网络的CBS（convolutional-batchnormal-SiLu）替换为GhostConv，减少算法参数，实现算法轻量化；利用RepViT Block替换CSPDarknet53中的Bottleneck设计了C3-RVB模块，替换颈部网络中的C2f模块，增加算法特征提取能力，提高检测精度；将YOLOv8-seg的损失函数CIoU替换为Inner-EIoU，引入缩放因子控制辅助边界框尺度，增强算法泛化能力；搭建了包含5类危险目标的MIMO-SAR数据集。实验结果表明：改进的YOLOv8-seg算法mAP@0.5和参数量分别为97.3%和2.56×106，检测精度高，有效解决常规算法容易出现漏检、误检问题，同时算法参数少，检测速度快，并通过3DRIED数据集验证改进算法具有较好泛化性。
针对电容层析成像中逆问题的病态性所导致的重建图像失真和伪影问题，采用Calderon引导的深度学习方法设计了一种多尺度自适应残差网络结构，可自适应调整卷积核的大小，从而更好地捕捉多尺度信息，高精度地重建图像。研究发现，与灵敏度算法、直接成像算法和卷积神经网络相比，所提出的方法在视觉效果和客观评价指标方面都取得了较好的结果。实验结果表明，使用Calderon预成像结果作为多尺度自适应残差网络输入，图像相关系数（ ）达到0.94以上；与使用电容测量值作为网络输入相比， 提高了4.9%以上；降低了从流型中提取特征的难度，增强了网络识别能力，可获得更高的成像质量。
针对电容层析成像（ECT）图像重建过程中因不适定性导致图像重建精度低的问题，提出了一种基于稀疏先验和膨胀残差网络的两阶段图像重建方法。首先，利用重建信号的稀疏先验特性，引入 Bregman 距离构建目标函数，并通过贪婪 Kaczmarz 方法（GKM）求解以获得初始介电常数分布；随后，以U-Net神经网络模型为主干模型，引入全局残差模块对初始介电常数分布进行多尺度特征提取；最后，进行了仿真和静态实验，并与线性反投影（LBP）和U-Net模型进行了比较分析。结果表明：该算法不仅表现出优异的鲁棒性和稳定性，提高了图像重建精度，而且适用于实际的ECT成像系统。
外夹式超声流量计测量准确性受实际流场影响较大，应用场景也因此受限。为了优化这一问题，通过试验和数值模拟相结合的研究方式，获得了工业典型的双平面90°弯管扰动下游的流场分布与演变规律，以及该扰动结构对流量测量准确性的影响。研究表明，在扰动下游，采用传统的单通道换能器对角或反射布置方式测量时，流量偏差很大程度上依赖于换能器的安装位置和角度，这引入了很大的不确定性和偏差，也导致无法通过定量的系数修正测量结果。采用双通道测量的方法则能够提高结果的准确性，当采用两组相对垂直的换能器反射布置路径组合时，能够使扰动下游的测量偏差波动控制在±2%范围内，与安装角度无关，该方法能够为扩大外夹式超声流量计的应用场景提供参考和帮助。
集成电路领域， 从晶圆制造到封装出厂的工艺过程中，温度的精密测量和控制是工艺稳定的关键。中国计量科学研究院正在研制模拟工况的晶圆测温标准装置和装置所需的标准测温晶圆，以解决我国集成电路产业中工艺设备温度的精密测量与校准的关键问题。针对集成电路领域曝光段的测温需求，开展了基于Pt薄膜测温电阻的标准测温晶圆关键技术研究。采用磁控溅射技术制备Ti/Pt薄膜，经退火工艺后，通过曝光、离子束刻蚀、化学气相沉积和去胶工艺，实现Pt薄膜电阻的点位分布，研制了4英寸（100 mm）标准测温晶圆，并在5~35 ℃范围内，进行电学性能评估，误差不超过0.1 K。在25 ℃时，稳定30 min后，标准晶圆电阻与标准NTC热敏电阻随温度变化趋势保持一致。
为解决行人轨迹预测中精度不足和泛化能力差的问题，提出了并行时空密度剪枝的图注意力网络（spatio-temporal density-pruned graph attention network，ST-DPGAN），并验证了其预测效果。首先利用核密度估计自适应获取数据集密度，并根据密度计算剪枝半径，对行人交互图进行剪枝，有效提高了空间特征提取效率。同时，采用并行方式分别提取时空特征，并进行串行融合，减少时间信息丢失，提升模型对复杂时空关系的理解和预测能力。此外，模型引入图注意力机制，为不同邻接节点分配不同权重，进一步细化行人交互作用，提高模型鲁棒性和泛化能力。在参数调优之后（ ，R F = 2），ST-DPGAN模型在数据集ETH（eidgenössische technische hochschule zürich）和UCY（university of cyprus crowds dataset）上的平均位移误差E ADE和最终位移误差E FDE指标分别为0.36和0.59，其预测效果优于多个经典模型，比原模型分别高出18%和21%，与前沿模型相比更具有竞争力。
甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体。由于工业和农业活动导致甲烷在大气中浓度迅速增高，实现甲烷排放的直接测量对全面控制甲烷排放具有重要价值。甲烷排放测量存在难于定量的问题，具有时空分辨能力的差分吸收激光雷达技术是实现甲烷排放精确定量测量的最优解决方案。利用可控释放装置模拟3～15 kg/h的甲烷排放情况，对差分吸收激光雷达系统测量甲烷排放量进行了现场实验评估，结果表明：差分吸收激光雷达技术具备精准识别并量化甲烷排放的测量能力，测量排放量不确定度最大来源为风场变化带来的重复性影响，测量甲烷3～15 kg/h排放量的最大相对扩展不确定度为8.59%（k=2）。
为了实现对尿路感染中活细菌数的快速准确测量，建立了一种基于流式细胞术（flow cytometry，FCM）结合叠氮溴化丙锭（propidium monoazide，PMA）以及荧光原位杂交技术（fluorescence in situ hybridization，FISH）的新型测量方法，并验证了其测量效果。首先利用PMA标记膜破损的死菌 DNA；然后基于 FISH 的寡核苷酸探针特异结合细菌核酸序列，实现细菌广谱标记；最后通过 FCM 检测双重荧光信号从而实现对尿路感染中活细菌的准确测量。经技术参数优化后，该方法能在 1.5 h 内准确表征尿路感染中细菌的活性，检测结果与传统平板计数方法的结果具有良好的线性关系（R 2= 0.999），测量范围为104~108 cells/mL。该方法还可高效回收磷酸盐缓冲液和人工尿液中的活细菌，回收率分别为 94.46% 和 95.85%，表明PMA-FISH-FCM 方法具有准确测量真实样品的潜力。
为提升无创血压计的计量检定精度与血压模拟器的波形生成能力，构建了一种Transformer-BiLSTM融合模型的脉搏波峰值点预测模型。通过血压数据采集系统获取200名受试者的600例血脉搏波血压数据，利用自动多尺度峰值点检测算法提取脉搏波中峰值点及其对应的压力信息。构建Transformer-BiLSTM模型，输入脉冲压力点、性别、年龄、收缩压、舒张压、臂围和平均动脉压，输出脉搏波峰幅值点，拟合相应的标准血压曲线。结果表明脉搏波峰幅值点的均方误差为0.124 2，R2 为0.862 9。4名代表性患者中，预测结果与真实波形的整体一致（r=0.97，r=0.95，r=0.95，r=0.95，P<0.001）。基于十折交叉验证法，Transformer-BiLSTM的不确定度分析结果 =1.26， =1.73， =0.12， =2.15，U=4.30。为无创血压计的溯源检定提供数据库及个性化脉搏血压波形生成方法。
测量细胞在迁移过程中的牵引力，有助于揭示细胞与细胞外基质之间的相互作用机制，对于设计可调细胞迁移行为的组织工程表面具有重要意义。然而，传统基于水凝胶的牵引力测量平台难以实现对不同表面条件下细胞牵引力的精确测量。为解决该问题，基于微纳米制造技术，构建了2种聚二甲基硅氧烷（PDMS）微柱传感平台，分别为顶部无纳米结构和顶部有纳米结构的微柱阵列，用于测量细胞迁移过程中产生的局部牵引力。在此基础上，设计并搭建了细胞牵引力测量实验平台，并编写了相应的Matlab分析程序。实验结果表明，MC3T3-E1细胞在带有纳米柱的微柱平台上产生的总牵引力（17.4 nN）显著高于在无纳米柱微柱平台上的牵引力（10.3 nN）。进一步分析显示，细胞在带有纳米柱的微柱上，其前缘、中部和后缘所产生的牵引力分别为22.2， 12.7和16.4 nN，均高于无纳米柱平台上相应部位的牵引力（14.3、7.6和9.3 nN）。上述结果表明微柱阵列可测量细胞在不同表面条件下迁移时的局部牵引力，为深入研究细胞力学行为提供了新工具。
