提出一种基于Livelink数据交互的光纤布拉格光栅-力学结构感知仿真方法。通过Livelink模块将光纤布拉格光栅(FBG)传感仿真模型与COMSOL有限元多物理场耦合模型结合,建立了COMSOL与MATLAB的交互式模型,实现了应力和温度等多物理场下FBG对力学结构感知信号的仿真分析。采用基于自适应滑动窗口的效率优化模块,提高了FBG反射光谱的仿真速度。同时,基于典型工字梁结构与光纤布拉格光栅传感器,实现了光纤布拉格光栅-力学结构多物理场感知仿真分析模型的验证。实验结果表明:工字梁静载实验中,仿真与实测的FBG中心波长偏移量误差小于4.6%,其均方根误差小于0.0048;冲击载荷实验中,仿真结果与实测数据具有较好的吻合度,进一步验证了本文提出仿真方法的正确性,可为FBG传感网络的排布提供仿真依据。

为了实现海底光缆故障的检测与定位,采用环形M-Z(Mach-Zehnder)干涉结构建立分布式光缆检测系统,利用两路干涉输出的时间差实现定位功能。阐述了该分布式光缆检测系统的组成及工作原理。使用Optisystem软件进行仿真分析,验证系统可行性。利用互相关时延估计法直接在时域上对信号进行处理获得定位结果。理论分析和测试结果表明,该系统能够快速、有效地实现扰动事件的检测与定位,平均定位误差最大为16.5 m。

在研究长周期光纤光栅（LPFG）谐振透射光谱对横向负载变化的敏感特性的基础上，提出了将锈蚀过程中钢筋体积膨胀状态与LPFG光谱特性相结合的传感理论，设计了一种基于LPFG横向负载测量的钢筋锈蚀监测传感器。利用LPFG透射光谱检测技术，对钢筋锈蚀过程中不同锈蚀状态所对应的LPFG透射光谱曲线族进行分析，得到LPFG透射光谱随钢筋锈蚀量的变化关系，进而获得LPFG谐振峰幅值变化量与钢筋锈蚀程度之间的对应关系。该方法通过对钢筋锈蚀状态进行直接监测，可实现对钢筋结构的全体积精确监测。

从溶液离子影响表面等离子体共振（SPR）光谱特征的角度, 分析讨论了光纤SPR光谱对水溶液离子成分检测的灵敏特征, 基于此并应用于以矿化度为代表的水质检测中。 研究通过对不同离子状态的电解质溶液（NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2, Na2CO3, MgSO4和ZnSO4）和非电解质溶液（蔗糖、 丙三醇、 葡萄糖）下的光纤SPR光谱分析, 得到水环境的杂质离子含量对SPR光谱的影响规律, 进而实现了水质矿化度的检测。 研究同时给出了光纤SPR光谱法与电导率分析法在八种不同水样的检测对比分析, 光纤SPR光谱法拥有高灵敏度、 快速响应、 抗电磁干扰等优点, 对光纤SPR技术在水质检测领域的应用打下良好的基础。

研究了长周期光纤光栅（LPFG）谐振透射光谱对外界环境折射率变化的敏感特性，在此基础上提出了将混凝土内部钢筋周围环境折射率与LPFG光谱特性相结合的理论，设计了一种基于折射率测量的LPFG钢筋锈蚀监测传感器。采用LPFG透射光谱检测技术，获取钢筋锈蚀过程中混凝土内部不同折射率环境所对应的LPFG透射光谱曲线族，进而得到LPFG谐振峰波长与混凝土内部钢筋锈蚀程度之间的对应关系，其谐振峰波长随钢筋锈蚀量的增加而先向短波后向长波方向偏移。该方法对混凝土内部钢筋锈蚀状态进行直接监测，测量及传导光路实现全光纤化，无需化学试剂标记，可实现对钢筋锈蚀过程的在线、精确及远距离遥测。

从长周期光纤光栅(LPFG)谐振透射光谱随外界环境折射率变化敏感特性的角度, 详细研究了LPFG氨氮降解监测传感器的工作原理, 分析了LPFG谐振峰波长与氨氮溶液浓度之间的对应关系。 采用LPFG透射光谱检测技术, 获得7种不同浓度氨氮溶液所对应的LPFG透射光谱曲线族, 其谐振峰波长随溶液浓度的增大而逐渐向长波方向偏移, 波长变化量从2.707 nm减至0.068 nm, 且变化量与溶液浓度值呈良好的对应关系, 其响应度为52.78 pm·mg-1·L。 通过监测LPFG光谱变化获取氨氮溶液的浓度, 进而判断氨氮溶液的降解过程及程度。 该方法对溶液直接进行监测, 简单易行, 测量及传导光路实现全光纤化, 无需化学试剂标记, 可实现对氨氮溶液降解过程的在线、 精确及远距离遥测。