大阵列BIB探测器由于其高量子效率和低暗电流而成为广泛的研究对象，特别是在空间应用方向。如2021年发射的詹姆斯韦伯太空望远镜，它已经进行了许多重要的天文观测。一个稳定、高效、轻量化的液氦温区低温系统对BIB探测器的运行至关重要。氦节流制冷机可取代传统的大容积液氦杜瓦，能满足空间液氦温区的制冷要求。为了同时提高4.2 K的制冷量并减轻重量，提出了一种0.3 W@4.2 K的大冷量轻量化的4.2 K低温制冷系统。并且在现有0.1 W@4.1 K制冷量的低温系统上进行实验，验证了该系统的设计方法。在不同的冷却温度区采用不同的冷却方法，以实现冷却的高效性和轻便性。开发了一个新的集成斯特林制冷机，在80 K时提供高效的一级预冷，制冷量为15 W，重量仅为4.5 kg；二级预冷采用主动活塞调相的15 K脉管制冷机，制冷量为0.9 W。此多级低温制冷系统通过耦合氦气JT循环，可以在4.2 K时提供0.3 W的制冷量，输入功低于1.8 kW。此系统将为正在快速发展的红外天文观测所需的空间BIB探测器提供保障。

对于环境载荷恶劣、光学面变形复杂的光机系统，传统光机热集成分析方法的计算误差较大。提出了基于刚体运动完备方程的光机热集成分析方法，利用双立方样条插值法对光学面进行修正，然后建立光学面刚体运动完备方程，采用优化的求解方式分离光学镜面刚体运动，最后采用最小二乘方法求解Zernike多项式系数，实现对光学镜面弹性变形的表征。采用数值案例和工程案例验证了所提方法的有效性和正确性，定量分析了刚体运动方程、镜面修正方法、镜面点阵分布以及面形等关键因素对光机热分析结果的影响，结果表明，所提方法比传统方法更为精确地分离出光学面刚体运动和弹性变形量，且不依赖于光学面的解析方程，镜面变形的复杂程度对分析结果的影响较大。

研究电极结构、SiC与电极连接结构对界面场强的影响，通过电极边缘以及SiC晶体结构的优化降低界面处的电场增强，并通过高压试验测试优化电极结构的击穿电压。结果表明，优化电极倒角以及SiC晶体与电极的界面下埋可有效降低电场增强，在电极为圆倒角及界面使用焊料连接的结构下，使用介质环的器件在电压22 kV时击穿。

在人体运动监测的过程中，膝关节运动信息在中老年慢性疾病的诊断和康复评估方面具有重要意义。研制了一种基于光纤马赫曾德尔干涉曲率传感器（Mach-Zehnder interferometer-based directional bending，MZI-BDB）的膝关节弯曲检测系统。该系统由MZI-BDB传感器、扫频激光光源、光纤耦合器、光纤隔离器、光电探测器及信号处理系统构成。MZI-BDB传感器由偏心光纤和单模光纤错位熔接而成，封装于软硅树脂片内，通过绑带固定于膝关节处。当膝关节屈曲和伸展时，诱导MZI-BDB传感器发生弯曲，传感器内透射光信号干涉场的模场状态发生变化，谐振波长发生漂移，从而对膝关节的弯曲方向和曲率进行监测。MZI-BDB传感器在正向和负向弯曲的测量角度范围为0°~90°；在正向弯曲方向上灵敏度和分辨率分别为5.29 nm/m⁻¹和0.11 m⁻¹；在负向弯曲方向上的灵敏度和分辨率分别为−3.11 nm/m⁻¹和0.12 m⁻¹。实验测试MZI-BDB传感器温度敏感度为0.043 nm/℃，该结果显示传感器对温度的不敏感特性。光电编码器与MZI-BDB传感器同时进行数据的传感采集。实验结果表明：该检测系统和光电编码器验证平台在准确度和响应度上具有一致性。

为了解决时滞环节给远程遥控系统带来的巨大影响，在非可视环境下提出了一种的新的遥控控制移动机器人的预测系统。采用移动机器人的动力学模型作为基础，利用史密斯预估器补偿控制器与移动机器人之间信号延迟，减少因为延时所引起的定位误差。利用灰色预测模型来预测移动机器人上传感器得到的数值，从而减少因为时间延迟给操纵者带来的遥控误操作。通过仿真证明了算法的可行性，又通过力反馈遥控设备与移动机器人在非可视环境下的控制实验，证明了系统的可行性。尽管有操纵者参与了远程控制实验，但补偿效果已经得到了明显的证明。

单参考阻值比率测温系统是一种目前常用的高精度测温方法，可以有效削弱恒流源长期漂移、放大器增益漂移、热电势等因素对测量结果所造成的影响，但测量性能会随着测量阻值远离参考电阻阻值而变差。为了解决该问题，本文首先分析了基于恒流源的铂电阻、参考电阻比率测温方法，引入非线性因子，理论分析了测量性能会随着测量阻值远离参考电阻阻值而变差的原因，并由此提出了多参考阻值比率测温方法，进行了硬件系统的设计。对多参考阻值比率测温系统进行了长期稳定性、分辨能力、不同环境温度所造成非线性标定劣化的等效实验，验证了本文理论推导部分的正确性。实验结果表明，在-38.8~64.6 ℃的温度测量范围内，高精度多参考阻值比率测温系统的测量稳定性优于0.002 5 ℃/5 day，测量分辨能力优于0.001 25 ℃，在5~45 ℃环境温度下的测量稳定性优于0.004 ℃。基本满足长期、环境温度变化较大的温度测量应用需求。