为实现对飞行器结构高精度、高分辨率的健康监测,开展了对光频域反射光纤分布式传感技术的研究。介绍了瑞利散射光谱互相关分布式传感的原理,分析了传统互相关法中传感单元长度对光谱分辨率的限制因素,提出利用傅里叶插值法提高光谱分辨率的方法,并进行了实验验证。实验结果表明,采用所提方法可在长度为14.2 m的单模光纤上实现传感单元长度为1 cm、光谱分辨率为1.6 pm的连续分布式传感。所提方法在高精度、高分辨率的短、中程健康监测领域具有广阔的应用前景。

为保证光位移传感器的工作性能, 输入光源在500~800 nm波长范围内需具有较高的光谱能量, 照明用LED波长在700 nm以上光谱能量陡降, 限制了传感器的工作范围.针对照明用LED光谱能量不足的问题, 研制出适用于色敏解调光位移传感器的宽带LED光源.首先利用单色仪对光位移传感器色敏元件WS7.56的性能进行了测试, 依据色敏解调结果提出了光位移传感器正常工作所需的输入光源的光谱能量阈值.在照明用LED光谱特性基础上, 配比掺杂氮氧化物红色荧光粉提升LED红光及近红外光光谱能量, 得到了满足输入光源光谱能量阈值的宽带LED.最后, 对该宽带LED光位移传感器进行了位移测量实验, 实验结果较使用照明用LED光源有明显改善, 位移解调线性度良好.本文研制的宽带LED光源体积小、效率高, 是光位移传感器较为理想的宽带光源.

变栅距光栅线位移传感器是一种新型波长编码位移传感器，为进一步提高传感器波长解调的精度和减小光源的体积，提出适用于全工作波段的恒定闪耀角变栅距光栅结构。首先采用经典光学的方法推导出变栅距闪耀光栅衍射强度分布公式，从理论上证明该光栅结构可实现在全工作波段提高变栅距光栅线位移传感器衍射光强。此外，制作出变栅距闪耀光栅样件证实了工艺可行性。在相同的条件下，对一组参数相同的闪耀光栅和矩形槽形光栅进行了衍射光强比对实验，得到变栅距闪耀光栅的衍射光强约为矩形变栅距光栅的衍射光强的1.7倍，并与按此衍射光强分布公式计算的结果一致。

对影响变栅距光栅角位移传感器分辨率的因素进行了分析研究。推导出传感器分辨率的计算公式，并讨论了传感器分辨率与各参量之间的关系及提高分辨率的方法。针对衍射级次对分辨率的影响进行了理论分析和验证。证明了变栅距光栅角位移传感器分辨率与光栅栅距的定量变化关系并进行了仿真验证。为变栅距光栅角位移传感器设计优化提供了理论指导和计算方法。

介绍了波长编码型光学位移传感器的输出光的特点及目前利用光谱仪进行解调的制约因素, 分析了色敏元件的工作原理及色敏元件对传感器输出窄带光进行解调的可行性, 设计了色敏解调线路并对行程±60mm的光位移传感器进行了测试验证, 测得色敏解调方案对传感器的测试精度可以达到±0.37%F.S, 且可以达到600Hz以上的高动态解调。

研制了用于采集和反馈飞机舵面位置信息的柔性变栅距光栅角位移传感器。分析了影响传感器精度的主要因素, 给出了制备过程所采用的精密成型工艺。首先, 根据柱面变栅距光栅在柔性变栅距光栅角位移传感器中的核心作用, 介绍了传感器的工作原理; 分析了工艺误差对传感器精度的影响, 提出了柔性变栅距光栅精密成型为柱面变栅距光栅后内表面圆度应不大于0.01 mm。在圆度对传感器精度影响的量值基础上, 采用了柱面变栅距光栅精密成型工艺。最后, 利用有限元仿真分析了柱面变栅距光栅精密成型工艺的可行性。实验结果表明: 柱面变栅距光栅内表面圆度达到0.004 3 mm, 传感器的线性度达到最大工作角度的0.27%, 满足了航空机载传感器的精度要求。

提出了一种基于光纤布喇格光栅的飞机驾驶杆力传感器. 理论上讨论了飞机驾驶杆弹性元件力学特性和光纤布喇格光栅的应变传感特性，分析了飞机驾驶杆力传感器的灵敏特性. 实验上通过测量不同外加载荷力作用下光纤光栅中心波长变化，研究了光纤光栅式飞机驾驶杆力传感器的传感响应特性. 实验结果表明：光纤光栅中心波长漂移量和外加载荷力成线性关系，与理论分析吻合；传感器的横向与纵向灵敏度可以分别达到2.07 pm·N－1和1.80 pm·N－1，与数值模拟结果基本一致.