材料表面应力状态对材料的冲蚀磨损行为起着重要作用。本文利用有限元方法探讨了冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径对微晶玻璃涂层冲蚀应力的影响, 利用常温冲蚀试验机对微晶玻璃涂层在不同冲蚀角度下的体积磨损率进行了测定。结果表明, 随冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径增大, 涂层的冲蚀应力均逐渐增大。在相同的冲蚀角度和冲蚀速度条件下, 磨料粒径对涂层冲蚀应力的提升效果显著。微晶玻璃涂层冲蚀磨损率随冲蚀角度的增大而增加, 其变化规律与冲蚀应力变化趋势基本一致, 从而验证了有限元应力模拟的可靠性。

设计并搭建了一种基于相干检测和瑞利散射的光源频率稳定性测量系统,以实现对光源微秒量级瞬时微小频偏的测量。基于该测量系统对布里渊分布式传感系统中光源频率波动所导致的性能劣化进行了研究。研究表明频率波动较大的激光源会造成测量得到的布里渊增益谱展宽,并逐渐偏离洛伦兹谱型,导致布里渊频率测量的误差较大,最终将传感距离限制在15 km之内。而频率波动较小的激光源可以使系统的传感距离达到50 km。

基于宽带接收的快速布里渊光时域反射技术,通过结合分布式拉曼放大来实现长距离分布式布里渊传感。研究了拉曼放大前后系统的性能差别以及非线性现象,并探究拉曼抽运功率与脉冲功率的最佳组合方式。最终通过实验实现了空间分辨率为50 m、传感距离为100 km左右的快速温度传感,其中,在50 km处获得1.2 ℃的温度测量精度。系统传感距离较无拉曼放大时提高了约50 km,并且能够在10 s左右快速完成一次测量。

提出并设计了一种基于正交光相干接收的光载波上下边带信号分离技术,可用在布里渊散射分布式光纤传感系统中,实现对斯托克斯光和反斯托克斯光的无损分离。该技术利用正交光相干接收技术,保留了光场的相位信息,使光载波的上下边带在不同的输出端口处于相干叠加或相干抵消状态,从而实现上下边带的分离。结果表明,该技术可使光载波的上下边带分别从两个端口输出,且输出与输入信号功率线性相关,具有很好的线性度。分离之后的上边带光信号和下边带光信号之间的串扰小于-20 dB。与常用的光学滤波器方法相比,该技术无温度敏感器件,具有很好的稳定性和可靠性。

在光纤布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统中，对光纤中各处的布里渊散射谱中心频率的估计是测量的关键，也是最为费时的环节，导致BOTDR 系统难以做到快速响应。本文研究了ESPRIT 算法用来估计BOTDR 系统中的布里渊散射谱中心频率，并与基于快速傅里叶变换(FFT)的频率估计算法进行了比较分析。结果表明，ESPRIT 算法具有与补零FFT 算法配合上洛伦兹频谱拟合所得结果相近的性能。由于ESPRIT 算法对数据长度的要求较低，能够在短数据长度上获得较好的频率估计性能，因此能够在保证较高空间分辨率和测量性能的情况下，提高测量速度。

提出了一种将光纤法布里珀罗(F-P)干涉仪置入装有绝缘油的容器内来测量高电压的传感方法。当高电压作用到该容器内的绝缘油时，液体会产生运动从而推动光纤F-P干涉仪变形，通过解调因为变形带来的输出光强的变化即可反映被测高电压的变化情况。实验中分别对峰值为数十千伏，半峰全宽时间值约1 ms的脉冲电压以及有效值为7 kV的工频电压进行了测量，实验结果表明该传感器输出光强可以非常灵敏地响应电压作用下的液体扰动。在脉冲电压下，输出光强近似于脉冲的形式，而在工频电压下，输出光强具有50 Hz的波形。实验证明这种将光纤传感器与液体运动相结合的传感机制可应用于毫秒、微秒尺度的脉冲高电压以及工频高电压的测量。