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。

引入光纤光栅传感器，并结合螺纹管压弯扭分离测量理论，实现对螺纹管所受压力、弯矩和扭矩的测量.由测量结果可知，光纤光栅传感器测得压力与驱动电机上压力传感器测得压力基本相符，两者测得压力的差值为-11.4~15.5 N；光纤光栅传感器测得弯矩与理论值基本一致，两者之间的差值为-0.54 ~0.46 N·m；光纤光栅传感器测得扭矩与驱动电机上扭矩传感器测得扭矩基本相符，两者测得扭矩的差值为-0.54 ~0.87 N·m.测量结果验证了光纤光栅传感器对螺纹管力学参数测量的可行性，为螺纹管的力学参数测量提供了一种新方法.

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。

提出一种利用光纤光栅作为传感元构成传感阵列对冲击能进行检测的方法.通过搭建简易冲击系统装置，将光纤光栅应变传感器沿轴向对称粘贴于圆杆表面，对入射应力波能量进行检测.实验结果表明，两杆对心正冲击时入射应力波幅值最大，能量传递效率最高.通过分析频率域内的应力波信号可知，其能量主要集中在0~5 000 Hz频率范围内.将入射应力波能量与冲杆动能进行对比，结果表明冲杆与圆杆传递能比在93%以上，基本满足冲击机械性能测试的需求.

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。

搭建了光纤光栅检测超声应力波系统, 并阐述其工作原理, 以动态应变与光纤光栅中心波长漂移量间关系为基础, 推导得出输出电压与板中应变成线性关系.采用超声信号发生器发射28 kHz的脉冲信号激励超声振子, 通过有机玻璃楔形块将激励传递至5052铝合金薄板产生超声应力波, 并利用光纤光栅应变传感器对其进行探测.在板上开一98 mm长裂缝, 测得超声应力波中出现新的波包, 通过计算损伤前后新增波包到来的时间差确定裂缝位置, 所测结果与实际位置偏差为2.7 mm.该实验表明光纤光栅可代替超声探头来实现对低频超声波的探测.

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。

提出一种利用光纤布喇格光栅温度传感器测量物体表面法向局域内温度场分布的新方法.将多个毛细管封装的波分复用光纤光栅温度传感器串接，沿待测位置法线方向平行于表面等间距放置，对法向局域内的温度进行准分布式监测，封装后的传感器响应时间为2.74 s.利用ANSYS软件对空气的热稳态层流进行分析，获得温度场分布的等值线图.实验得到温度随高度变化的一阶变化率为－24.262，二阶变化率为10.117 2，而ANSYS仿真结果给出的分别为－22.842和8.613，两者基本相符，验证了此测量方法的可靠性.该技术为了解温度场的局域分布提供了技术支撑，为航空器选材和构型的确定提供新的测试方案.

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。