为测量硅橡胶与接触物间的摩擦因数(COF),以光纤光栅为传感元件,结合硅橡胶及有机玻璃支架,构建滑块型COF检测传感器。理论分析了光栅应变测量值与COF的关系,滑块滑动时,以光栅的应变均值及应变标准差识别COF。实验结果表明:当COF为0.34~0.435时,应变均值随COF递减且最大灵敏度为-443.7481 με/unit;应变标准差随COF呈指数型递增,最大测量灵敏度为284.5672 με/unit。此方案可应用于机械手触觉感知领域,应用前景广阔。

搭建真空环境光纤光栅温度场测量系统, 以托卡马克装置中真空室内部支撑的部分结构为原型, 构建304不锈钢平台作为研究对象, 进行常压和真空环境下的稳态热分析。利用铝合金加热板对常压和真空环境下的不锈钢平台施加热载荷, 基于微型化管式封装的光纤光栅温度传感器对测点处温度进行监测。实验结果显示, 真空环境下热稳态时各测点温度高于常压环境下对应的值, 真空环境下不锈钢平台达到热稳态约耗时4900 s, 而常压环境下耗时约为6150 s。真空和常压环境下均存在热传导和热辐射方式的热量传递。常压环境下不锈钢平台因与空气接触, 主要产生热对流形式的热量耗散。因此, 不锈钢平台在真空环境下热量损耗少, 传热效率高于常压环境。

为实现机械手指的复合式触觉传感, 以光纤布拉格光栅(FBG)为传感元件, 将压力传感器和温度传感器封装在同一聚合物传感单元中。分析了压力传感器受目标物体温度扰动的特性, 同时利用逆传播神经网络对FBG触觉传感信号进行处理, 实现了对传感单元表面正向压力的准确识别。仿真与实验结果表明, 该方法进一步消除了目标物体温度对应变传感器的影响, 减小了应变传感器的不确定性误差, 提高了压力测量结果的稳定性和测量精度, 补偿后压力传感器的温度漂移率仅为1.2×10-4 nm/℃。将补偿研究应用于机械手指FBG触觉传感阵列, 可以有效抑制温度对应变传感的干扰, 使得柔性机械手指触滑测量系统具有更加广阔的应用前景。

基于有限元算法建立用于刻写中红外光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的相位模板物理模型，对相位模板的衍射光场进行模拟分析。在模拟过程中，采用平面波和球面波两种不同光源。采用平面波作为入射光时，通过改变平面波的入射角度和相位模板光栅的刻槽深度分析Talbot 衍射图样的变化。采用球面波作为入射光时，通过改变光源与相位模板的距离分析衍射图样的变化。结果表明，当平面波以任意角度斜入射时，沿与入射光相同方向形成Talbot 衍射图样。当改变相位模板刻槽深度时，Talbot 衍射图样的形状和能量分布均发生变化：随着刻槽深度的增加，衍射能量最大值逐渐变大；当刻槽超过一定深度时，能量最大值开始减小，同时Talbot 图像向均匀条纹演变。当球面波入射到相位模板时，Talbot 衍射图样沿球面波传播方向分布。随着球面波波源逐渐靠近相位模板，能量最大值逐渐升高；当超过一定距离时，能量最大值开始下降。

提出了一种利用光纤布拉格光栅实现对分离式霍普金森压杆产生的应力波的检测方法，简述了其工作原理，并且探讨了杆中产生的应变与光纤光栅中心波长漂移量间的关系。将光纤光栅及应变片均沿轴向对称粘贴于被测圆柱杆同一截面的外侧，对两杆直接撞击及通过波形整形器撞击后杆中产生的应变脉冲进行了检测。在上述两种情况下，将光纤光栅及应变片的检测结果分别进行对比分析，发现两者时域波形吻合；对其进行频谱分析，两者频域成分一致。当撞击速度为11.33 m/s时，光纤光栅测得的最大应变为-1087.04 με，其相对误差为2.26%；粘贴波形整形器后，撞击速度为9.8 m/s，光纤光栅测得的波速为5236.4 m/s，其相对误差为2.84%，误差范围基本能满足工程测试的要求。

提出由两个准直镜构成用于实现离轴旋转连接的光纤滑环，利用其与光纤布喇格光栅传感器结合，获得轴心被占用或为空心轴时旋转部件上温度测量的新方法。分析了影响光纤滑环插入损耗的主要因素，指出插入损耗对两准直镜间的横向错位和轴向夹角的变化很敏感，而对轴向间距的变化略显迟钝。旋转部件匀速转动过程中，光纤滑环的耦合信号为周期脉冲信号，测得信号的占空比为0.5%，与理论值基本相符。并利用光纤滑环对光纤布拉格光栅传感光路的耦合，实现旋转部件上待测温度场升温过程的实时观测，从而验证了此测量方法的可行性。

对于光纤光栅传感的非平衡干涉解调技术，理论和实验均证实充当其驱动元件的压电陶瓷通电发热会引入热噪声，导致解调输出的相移信息中出现附加相移。为排除热噪声对解调结果的干扰，提出了将驱动元件从干涉装置中分离出来的新方案。对于无温度控制、有温度控制以及分离驱动元件的三种Michelson非平衡干涉解调装置，实验证实第三种方案不仅可根除热噪声的影响，且无需克服热惯性而达到新的热平衡。系统传感灵敏度的实验值为0.9609°/με，分辨率可达5.5 nε。

提出了一种利用光纤布拉格光栅(FBG)传感器测量复杂结构固有频率的新方法。将FBG粘贴在钻台上，通过检测钻台表面的应变变化并进行数据处理进而实现对台钻的固有频率的测量，测得台钻的一阶固有频率为23.9 Hz。将测量结果与ANSYS有限元仿真分析结果相比较，验证了此测量方法的可靠性。

为了提高基于可调Fabry-Perot(F-P)滤波器光纤光栅(FBG)解调系统的性能,根据可调F-P滤波器的特性,研究了不同驱动频率下光纤可调F-P滤波器的响应情况。实验中通过数据采集卡和LabVIEW软件平台得到滤波器不同输出波长所对应的电压,绘制出不同频率下电压—波长曲线。分析了在驱动电压频率改变时滤波器透射波长随电压的变化情况,发现直线拟合所得斜率有随频率增加单调递减的趋势,10 Hz、100 Hz和200 Hz与1 Hz的斜率误差分别为0.69%,5.10%,6.49%。实验数据分析表明,采用区分频率选择不同多项式拟合可以减小该误差对解调系统的影响。

为了实现非接触式液位监测,现基于光电探测技术,针对不同液位状态下光线横穿透明容器后的出射光强进行分析,使用MatLab软件仿真并通过相关实验验证。结果表明:液位下降过程,输出光强会出现脉冲。通过监测该脉冲,间接实现非接触式液位监测,该方法不会造成溶液成分的改变,工作稳定,性能可靠,并能进行功能性扩展。