Проанализирована необходимость развития метрологического обеспечения измерений содержания газовых составляющих в металлах и сплавах, микропримесей в различных объектах промышленности (металлургической, медицинской и пр.). Изучены потребности отраслей промышленности в разработке более чувствительных методов и методик измерений, стандартных образцов расширенной номенклатуры с меньшей погрешностью (неопределённостью) аттестованной характеристики, чем погрешность аттестованной характеристики существующих на сегодняшний день стандартных образцов состава утверждённого типа. Разрабатываемые стандартные образцы для применения в сфере государственного регулирования должны прослеживаться к первичным эталонам массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации: Государственному первичному эталону единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации компонентов в жидких и твёрдых веществах и материалах на основе спектральных методов ГЭТ 196-2023, Государственному первичному эталону единиц массовой (молярной, атомной) доли и массовой (молярной) концентрации компонентов в жидких и твердых веществах и материалах на основе кулонометрии ГЭТ 176-2019, Государственному первичному эталону единиц массовой доли и массовой (молярной) концентрации неорганических компонентов в водных растворах на основе гравиметрического и спектрального методов ГЭТ 217-2018, Государственному первичному эталону единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации органических компонентов в жидких и твердых веществах и материалах на основе жидкостной и газовой хромато-масс-спектрометрии с изотопным разбавлением и гравиметрии ГЭТ 208-2019.

Проанализирована потребность и пути разработки и создания в Российской Федерации системы метрологического обеспечения рамановской спектрометрии, в том числе, в целях подтверждения прослеживаемости единиц величин для количественного рамановского анализа. Для решения данных вопросов в состав ГЭТ 196-2023 включены анализаторы серы, углерода и водорода, масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой и рамановский комплекс. Представлены состав и метрологические характеристики ГЭТ 196-2023. Разработан и представлен проект государственной поверочной схемы для средств измерений массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации, а также флуоресценции компонентов в жидких и твёрдых веществах и материалах на основе спектральных методов. Проект государственной поверочной схемы устанавливает порядок и методы передачи единиц массовой (молярной) доли компонентов (в абсолютных единицах), массовой (молярной) концентрации компонентов (грамм на кубический дециметр, моль на кубический дециметр) от ГЭТ 196-2023 средствам измерений с указанием погрешности и неопределённости измерений. Также с помощью вторичных и рабочих эталонов осуществляется передача относительных единиц флуоресценции средствам измерений.

Проведены исследования в области измерений диэлектрических параметров материалов. Изучены перспективные высокоточные методы измерений комплексной диэлектрической проницаемости слабопоглощающих материалов в дециметровом диапазоне длин волн и нерезонансный метод измерения диэлектрических параметров материалов с повышенными диэлектрическими потерями. Для измерений комплексной диэлектрической проницаемости слабопоглощающих материалов в дециметровом диапазоне длин волн разработаны резонансный метод измерения в коаксиальном резонаторе с регулируемым ёмкостным зазором и метод измерения в объёмном H₀₁₁-резонаторе с диэлектрическим заполнением. Для измерения повышенных диэлектрических потерь 10^–2–10^–1 разработан метод линии передач с использованием нерезонансного измерительного преобразователя на основе экранированного диэлектрического волновода – измеряемого образца. Разработанные методы применены в Государственном первичном эталоне комплексной диэлектрической проницаемости в диапазоне частот от 0,1 до 178,4 ГГц ГЭТ 110-2023. Частотный диапазон эталона составляет 0,1–178,4 ГГц, диапазон воспроизводимых значений относительной диэлектрической проницаемости 1,2–500, тангенса угла диэлектрических потерь 10^–8–10^–1. Область применения ГЭТ 110-2023 – метрологическое обеспечение контроля диэлектриков при производстве радиочастотных кабелей, телекоммуникационного оборудования, электронных компонентов и др.  

Исследована точность измерений массовой концентрации растворённого углекислого газа и требования, предъявляемые к точности таких измерений, а именно, к относительной погрешности измерений массовой концентрации углекислого газа (порядка 10 %) на предприятиях отечественной промышленности. Рассмотрены вопросы обеспечения единства измерений и достижения метрологической прослеживаемости результатов измерений массовой концентрации углекислого газа в жидких средах к Государственному первичному эталону единиц массовой концентрации кислорода, водорода и углекислого газа в жидких средах ГЭТ 212-2023. Описан состав ГЭТ 212-2023, в состав которого включены новые технические средства: системы газоснабжения и газосмешения углекислого газа и измерительная система растворённого углекислого газа. Системы газоснабжения и газосмешения реализуют метод воспроизведения. Измерительная система с программным управлением служит для измерения массовой концентрации растворённого углекислого газа. Описан метод воспроизведения единицы массовой концентрации растворённого углекислого газа, основанный на законе Генри-Дальтона. Приведены результаты исследований метрологических характеристик ГЭТ 212-2023. Впервые достигнута принципиальная возможность воспроизведения единицы массовой концентрации растворённого углекислого газа в диапазоне 0–15 г/дм³ с относительной неисключённой систематической погрешностью, не превышающей 2,5 %. Разработано метрологическое обеспечение в области измерений растворённого углекислого газа с требуемой для промышленности точностью. ГЭТ 212-2023 позволит обеспечить текущие потребности в различных отраслях промышленности, таких как пищевая, фармацевтическая и химическая, а также в сфере охраны окружающей среды, в электронике и полупроводниковых технологиях.

Сформулирована актуальная задача анализа особенностей измерительных систем и их метрологического обеспечения. Рассмотрены перспективные направления развития измерительных систем, в том числе виртуальных. Проанализированы такие направления развития измерительных систем, как дистанционные и синхронизированные векторные измерения, облачные технологии, интернет вещей, большие данные и искусственный интеллект. Описаны некоторые инновационные решения, основанные на использовании как биологических датчиков, так и гибридной метрологии (введении в состав измерительных систем структурной избыточности, а также введении временно́й и алгоритмической избыточности в программное обеспечение измерительных систем). Показано, что комплексирование функций компонентов представляет собой объективную сложность выделения измерительных систем в составе сложных технических систем, но придаёт новые возможности техническим системам с измерительными функциями. Проанализированы следующие направления совершенствования метрологического обеспечения измерительных систем: самодиагностика и самоконтроль; дистанционные и автоматизированные калибровка и поверка; использование цифровых двойников, больших данных и искусственного интеллекта; установление адаптивных интервалов между калибровками и поверками. Установлено, что требуется минимизировать бюрократические процедуры, автоматизировать метрологические процедуры, при этом целесообразно переходить от периодических процедур к адаптивным процедурам без участия человека.

Рассмотрен метод повышения точности программно-управляемых технологических и измерительных многокоординатных систем. В современном цифровом производстве в условиях интеграции вычислений с физическими процессами такие многокоординатные системы становятся киберфизическими. Важной характеристикой многокоординатных систем является объёмная точность – способность точно воспроизводить сложные геометрические поверхности. В настоящее время актуально совершенствование как средств измерений, так и методик измерений и компенсации объёмных погрешностей. Предложен метод наглядной визуализации большого объёма измерительной информации как эффективного средства анализа, и на основе метода выработан подход к повышению точности посредством компенсации объёмных погрешностей. Использование предложенного метода визуализации позволило сделать вывод о точностных характеристиках многокоордиантных систем и оценить влияние различных составляющих объёмной погрешности на погрешности многокоординатной системы. Подход к повышению объёмной точности реализован с помощью разработанного авторами программного обеспечения. Эксперименты подтвердили повышение объёмной точности при малых временных и материальных затратах. Исследованные метод визуализации и подход к повышению объёмной точности дают возможность цифрового объединения информации о точностных характеристиках множества обрабатывающих и измерительных многокоординатных систем в единую сеть предприятия или комплекса предприятий, а также применения искусственного интеллекта при разработке и совершенствовании действующих или новых технологических маршрутов.

Рассмотрено развитие алгоритмов обработки изображений для измерения трёхмерного профиля поверхности методами фазовой триангуляции. Предложен алгоритм расшифровки изображений объекта в структурированном свете, основанный на итерационном поиске минимального отклонения модельной функции от результатов измерения и компенсирующий нелинейность приёмопередаточного тракта измерительного комплекса. Отличительная особенность данного алгоритма заключается в том, что модельную функцию находят в виде многочлена второй степени, что обеспечивает устойчивость метода к нелинейным искажениям, вызванным степенными преобразованиями приёмопередаточного тракта. Для качественного уменьшения алгоритмической сложности применён метод интервального поиска. Показано, что предложенный алгоритм обеспечивает устойчивый поиск значения начального фазового сдвига на изображениях объекта, устойчив к шумам и нелинейным искажениям, а также позволяет обрабатывать изображения, получаемые трёхмерными сканирующими системами на основе триангуляции с использованием структурированного освещения и фазовой триангуляции. Разработанный алгоритм будет полезен для обработки данных при работе измерительных систем в условиях нелинейности приёмопередаточного тракта и ограничений времени измерения.

Рассмотрена задача индивидуальной калибровки пяти элементов внутреннего ориентирования цифровой камеры астродатчика: фокусного расстояния объектива, двух координат главной точки изображения и двух коэффициентов радиальной дисторсии второго порядка. Указанные элементы внутреннего ориентирования представляют собой набор параметров математической модели цифрового изображения звёзд, снятого камерой астродатчика. В качестве калибровочного тест-объекта использованы звёзды, наблюдаемые калибруемой камерой с поверхности Земли. Координаты звёзд каталогизированы с очень высокой точностью, что позволило избавиться от сложной калибровочной оснастки и свести задачу калибровки к частной задаче цифровой обработки изображений звёзд. Показано, что эффекты искажения положения наблюдаемых с поверхности Земли звёзд, обусловленные скоростной аберрацией и атмосферной рефракцией, можно учесть внесением искажений в направляющие векторы звёзд, взятых из звёздного каталога. Рассмотрены два подхода к решению калибровочной задачи, по-разному учитывающие неизвестную ориентацию калибруемой камеры относительно Земли. Экспериментально установлено, что оба подхода приводят к одинаковым результатам. Невязка результатов калибровочных измерений после калибровки уменьшена в 32 раза до величины порядка неустранимой угловой погрешности определения видимого места звезды в турбулентной атмосфере. Результаты индивидуальной калибровки элементов внутреннего ориентирования камеры используются в программном обеспечении астродатчика для коррекции систематической погрешности измерений ориентации по звёздам.

Описана история развития капиллярного метода измерений вязкости и рассмотрены задачи автоматизации и совершенствования этого метода. Дан сравнительный анализ актуальных на сегодняшний день вибрационного, ротационного, капиллярного методов измерений вязкости жидкости и реализующих их средств измерений. Кратко описаны Государственная поверочная схема для средств измерений вязкости, применяемые в этой схеме капиллярный метод измерений вязкости и вискозиметры стеклянные капиллярные. Рассмотрены причины, по которым капиллярный метод применяется во многих странах как основной высокоточный метод измерений вязкости жидкостей. Приведён детальный вывод формулы расчёта кинематической вязкости исследуемой жидкости. В качестве одного из возможных путей дальнейшего развития капиллярного метода измерения кинематической вязкости предложено создать информационно-измерительную систему измерений кинематической вязкости исследуемой жидкости. Описан принцип работы данной системы и сформулированы планы по её реализации. Показано, что повысить точность измерений вязкости жидких сред капиллярным методом можно за счёт автоматизации измерений и установки детекторов определённого вида. Результаты выполненного анализа актуальны для обеспечения единства измерений вязкости в Российской Федерации.

Представлена структура систем для радиометрической калибровки в инфракрасной области спектра оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли. Проанализированы существующие установки для радиометрической калибровки оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли в условиях вакуума и низкофонового излучения, основными элементами которых являются калибраторы в виде моделей чёрных тел и эталонные источники излучения при температуре фазового перехода чистых металлов, например галлия или индия. Создана широкоапертурная модель чёрного тела ШАМЧТ-380 (диаметр апертуры 380 мм) в диапазоне температур 223,15–423,15 К. ШАМЧТ-380 входит в состав высоковакуумного низкофонового стенда, разрабатываемого в настоящее время в Научно-исследовательском институте оптико-электронного приборостроения для калибровки оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли. Рассчитана нормальная эффективной излучательная способность поверхности ШАМЧТ-380 в указанном выше диапазоне температур и спектральном диапазоне 3–20 мкм. Исследованы метрологические характеристики ШАМЧТ-380, полученные при передаче единицы температуры от Государственного эталона нулевого разряда единицы температуры в диапазоне от 0 до 3000 °С¹ с помощью компаратора на основе прецизионного пирометра HETRONIXS. По результатам калибровки в диапазоне температур 300,15–390,15 К нестабильность излучения ШАМЧТ-380 составила 0,005 К, расширенные неопределённости температуры при 300,15 и 390,15 К – не более 0,66 и 0,88 К.

Описано определение потенциальных характеристик электрических свойств новых термоэлектрических материалов по результатам измерений коэффициента Зеебека. Разработано устройство для измерения коэффициента Зеебека (термоэлектродвижущей силы) термоэлектрических материалов в диапазоне температур 300–800 К в среде аргона, воздуха или в вакууме. Подробно описана конструкция и технические характеристики созданного устройства. Для проверки работоспособности разработанного устройства дифференциальным методом измерен коэффициент Зеебека эталонных образцов никеля в диапазоне температур 300–800 К в среде аргона. Погрешность измерений коэффициента Зеебека составляет менее 5 %. Во всём исследуемом интервале температур получены отрицательные значения коэффициента Зеебека никелевого образца, что свидетельствует о преобладании электронов как основных носителей заряда в материале образца. При комнатной температуре измеренный коэффициент Зеебека составляет –19,05 мкВ/К и с повышением температуры до 515 К уменьшается до –25,71 мкВ/К. При дальнейшем повышении температуры до 640 К коэффициент Зеебека монотонно увеличивается до значения  –19,60 мкВ/К. При температурах выше 640 К коэффициент Зеебека непрерывно уменьшается и при 824 К достигает значения –24,12 мкВ/К. Точка Кюри составляет 644 К. Полученные значения коэффициента Зеебека никеля в диапазоне температур 300–800 К сопоставимы с данными, приведёнными в литературе. При расчёте значений коэффициента Зеебека на основании измеренных термоэлектрических напряжений использованы уравнения с известными литературными значениями данного коэффициента для положительной и отрицательных ветвей термопары, что позволяет не привлекать дополнительные измерительные зонды и контакты для измерения термоэлектрического напряжения образца. Установку также можно применять при измерениях электрического сопротивления стандартным четырёхконтактным методом.