为了实现磁场和温度的同时测量,实验制作了基于球形-细芯-球形传感结构的马赫-曾德尔干涉仪。采用将磁流体作为外环境包覆传感结构的方法,进行了双参量的传感研究。外界磁场和温度改变时,磁流体的折射率有规律地变化,可以同时测量磁场和温度,但因消光比差,故在此基础上改良设计了一种球形-多模-细芯-球形传感结构。结果表明,单峰解调方式得到的球形-细芯-球形传感结构的磁场和温度灵敏度分别为-0.0967 nm/mT和0.0667 nm/℃; 改良之后的球形-多模-细芯-球形结构干涉效果好,且磁场和温度灵敏度分别为0.1267 nm/mT和-0.1213 nm/℃,具有低成本、高灵敏度、抗噪、应用性好等特点。该研究可为磁场和温度双参量传感设计提供参考。

针对脉冲光布里渊散射谱在用传统的洛伦兹曲线拟合时存在较大拟合误差的问题，通过理论分析推导出了脉冲光的光纤布里渊散射谱函数表达式。采用布里渊光时域反射（BOTDR）系统对一段3000 m长光纤的布里渊散射谱进行测量，对测得的不同脉冲宽度下的光纤布里渊散射谱分别采用洛伦兹函数和本文推导的函数进行拟合。结果表明：随着入射脉冲光的脉冲宽度变窄，采用推导的光纤布里渊散射谱函数能够有效提高BOTDR系统布里渊散射谱的拟合精度。

光纤传感技术是近年来新兴的一种传感技术, 在众多领域中得到了广泛的关注和研究。归纳总结了光纤形状传感技术研究的主要进展, 讨论了基于光纤光栅传感和分布式传感的光纤形状传感技术的基本原理, 介绍了形状重构的理论框架——Frenet-Serret公式, 分析了分布式光纤形状传感技术研究中的关键问题, 并在此基础上对分布式光纤形状传感技术的研究前景进行了展望。

A simple and inexpensive sensing structure, single mode fiber (SMF) alignment fusion to 62.5 μm stepped index-multimode fiber (SI-MMF), combined with Brillouin optical time domain reflectometry (BOTDR) system, is used as a distributed sensor in the field of structural safety and health monitoring (SSHM) of large infrastructures in terms of its prominent bending resistance. The bend loss principle and influencing factors of the fiber are analyzed, and the bending resistances of different fibers are discussed on the basis of theoretical and experimental comparisons. The bend-tolerant capacity and temperature sensing characteristics of the 5 km sensing structure are measured by using the self-developed frequency-shifted local heterodyne BOTDR system. The results show that the proposed sensing structure has excellent bend-tolerant capacity with a minimum bend radius and temperature measurement error of 1.25 mm and 0.69 °C, respectively, which indicates that the proposed sensing structure has huge potential in the field of SSHM of large infrastructures.

To solve the problems of small signal intensity and low signal-to-noise ratio (SNR) in single-ended Brillouin optical time domain analysis (BOTDA) system based on Fresnel reflection, we propose and experimentally demonstrate a pulse coding single-ended BOTDA system, which can improve the SNR and temperature measurement accuracy. A single-ended BOTDA temperature sensing system using single pulse and pulse coding is designed, and the Brillouin time domain signal and Brillouin frequency shift under different pulse coding bits are measured. The experimental results show that the fluctuations of Brillouin power and Brillouin frequency shift are gradually decreased with the increase of pulse coding bits, and the SNR under 32 bit Golay coding offers a 6.18 dB improvement with respect to traditional single pulse system. And the temperature measurement accuracy under 32 bit coding over a 9.35-km-long sensing fiber can be accurately measured as 1.59 °C, while providing a 1.73 °C enhancement when compared to single pulse system.

为了解决现有光纤布喇格光栅(FBG)传感器温度与压力灵敏度低的问题, 设计了一种基于FBG的薄壁圆筒式液体温度与压力传感器。选用具有耐腐蚀、弹性性能好以及热膨胀系数大的不锈钢304和铍青铜C17200分别对传感器进行封装, 采用有限元分析法对传感器进行压力和温度特性仿真分析, 研究了敏感元件材料及尺寸大小对灵敏度的影响, 并分析了反射波长随压力和温度的变化关系。结果表明, 使用铍青铜C17200封装的传感器压力和温度灵敏度更高, 在0MPa～12MPa、-5℃～40℃工作范围内压力灵敏度可达153.5pm/MPa、温度灵敏度可达31.7pm/℃, 相较于裸光栅分别提升了51.2倍和2.8倍。此研究结果可为液体的高灵敏度温压测量提供参考。

磁流体的固体磁性和液体流动性在温度与磁场传感领域有很大的应用潜力。将磁流体和光纤传感结构结合，将外界温度与磁场的信息调制于传输光波上，通过解调特征光谱的参量，实现温度与磁场的传感。综述了基于磁流体的温度与磁场传感器的研究进展，从磁流体与传感结构不同结合方式的角度，介绍了基于模式干涉、倏逝波、光纤光栅、光纤环镜、光子晶体光纤、表面等离子体、法布里-珀罗（FP）干涉的温度与磁场传感器。分析比较各传感结构的传感原理、灵敏度，展望未来的发展趋势。其中，磁流体填充特种光纤的温度与磁场传感器具有较高的灵敏度，结构稳固，抗干扰性强。

设计了一种基于分布式传感技术的薄壁圆筒型液体温度和压力传感器。选取具有耐腐蚀、弹性性能好以及热膨胀系数大的不锈钢316L和铍青铜C17200分别对传感器进行封装。利用有限元仿真软件ANSYS Workbench对封装的传感器压力和温度特性进行仿真分析,得到器件的径向应变量,分析其布里渊频移随压力和温度的变化关系。仿真实验表明,使用铍青铜C17200封装的传感器压力灵敏度和温度灵敏度更高,在0~12MPa、-5~40℃范围内压力灵敏度达11.1MHz/MPa,温度灵敏度达2.56MHz/℃,相较于普通单模光纤分别提升7.4倍和1.7倍。