声发射技术是结构损伤检测的重要手段, 声发射源定位是损伤检测的首要环节。时差定位技术具有快速、高效、精确的特点, 以此设计了由菱形阵列光纤布拉格光栅(FBG)传感器构成的声发射定位系统。采用小波变换和传统阈值法提取特征信号, 结合互相关法获得传感器间的信号到达时差, 然后根据几何定位模型求解非线性方程组得到声源可能存在的位置, 最后根据时差的正负特性进一步确定声源的准确位置, 有效避免了伪声源的情况。在铝合金板上, 以对角线为48 cm×48 cm的监测区域进行了10组测试实验验证, 平均误差为1.29 cm。

设计了一种基于柔性铰链结构的光纤光栅加速度传感器, 进行了结构理论分析, 并构建有限元模型仿真分析了传感器的加速度传感特性。基于F-P滤波器构建了具有温度自补偿功能的光纤光栅加速度检测系统, 并通过增加反馈控制电路, 对F-P滤波器进行反馈控制, 实现了系统的零点自温度补偿。对系统的特性进行了实验测试, 结果表明: 系统对加速度的连续激励信号和冲击激励信号均有良好的动态响应, 系统的固有频率为380.0 Hz, 动态响应范围可达65.6 dB, 频率响应范围为10.0 ~240.0 Hz, 灵敏度为236 pm/g, 所设计的加速度传感器具有较强的横向抗扰能力, 干扰方向灵敏度仅为工作方向灵敏度的3.5%。

针对现有光栅光谱解调方式所需数据量较大不利于数据传输及处理的现状，应用压缩感知算法通过少量光谱数据采集实现高精度光栅光谱的重构。选取可调谐法布里珀罗(F-P)滤波器解调方式（TFPDA）作为参照并以布拉格光栅(FBG)及线性啁啾布拉格光栅(LCFBG)作为研究对象，构建实验平台验证压缩感知算法光谱重构的可行性。通过TFPDA采集及压缩感知算法重构不同温度下的光纤光栅光谱并通过高斯非线性算法拟合得FBG中心波长。实验数据表明通过压缩感知采集得FBG温度敏感系数为20.3 pm/℃，与TFPDA的相对误差为0.5%。对比此两种方法所得LCFBG光谱，其3 dB带宽内的最大相对误差为1.03%，中心波长处为0.69%。上述实验结果证实压缩感知算法在光栅光谱采集重构方面具有一定的应用价值。

利用光纤布拉格光栅(FBG)构建传感器网络，结合小波变换、频谱分析和支持向量机分类算法，对碳纤维复合材料板低速冲击区域定位进行了研究。根据划分区域进行冲击试验，探索冲击区域与信号特征之间的关系。在对低速冲击信号进行小波变换去除基线干扰的基础上，采用傅里叶变换提出提取冲击信号幅频特性作为信号特征进行低速冲击区域定位识别的方法，将提取的信号幅频特性作输入、冲击区域类别作输出构建支持向量多分类机实现低速冲击区域定位识别。实验结果表明：在500 mm×500 mm×2 mm的碳纤维复合材料板上对36个测试样本进行低速冲击区域定位识别，实现33个低速冲击区域准确定位，正确率达90%以上，低速冲击定位系统的区域识别精度为40 mm×40 mm，且每个区域定位时间小于1011 ms。研究结果为碳纤维复合材料板的低速冲击区域定位检测提供了一种科学可靠的方法。

为降低电路及光路噪声等对痕量气体检测精度的影响，达到进一步提高痕量气体检测系统精度的目的，选用超窄带激光器作为系统光源并以谐波检测原理及改进希尔伯特黄变换（IHHT）滤波算法作为数据处理的核心算法构建高精度痕量气体检测系统平台。选取甲烷作为被检测对象，理论计算得当光源输出中心波长为1650.959 nm时，该系统甲烷气体体积分数C与输出光强一、二次谐波比值I2f/If的相关系数为0.084639。将一定体积分数的甲烷气体通入平台光纤气室中进行灵敏度实验，实验结果表明应用IHHT降噪处理后C与I2f/If的相关系数由使用傅里叶变换(FFT)处理的0.062585提升到0.074884，且气体体积分数越低，IHHT的降噪效果越好。

结合不锈钢膜片的特性，研制出一种微型高精度光纤布拉格光栅(FBG)土压力传感器。该传感器通过不锈钢膜片与力学传递元件将土压力转化为光纤光栅的轴向拉力，大大提高了传感器的灵敏度，有效避免了光栅受力不均引起的啁啾效应，同时减小了传感器的体积。通过理论计算，得到该传感器的压力敏感系数为29.6557 nm/MPa，是裸光栅的9885倍。传感器性能测试实验证实该传感器线性度良好，实测压力敏感系数为27.5 nm/MPa，略小于理论值，其主要原因是应变传递效率低于1。为进一步提高实验测量精度，采用Haar小波变换来减小因光纤光栅解调设备模数(A/D)采样速率及转换精度有限带来波长抖动所产生的仪器误差，实验数据表明经Haar小波处理后光栅中心波长的抖动幅值降为原数据的50%左右。

采用传输矩阵法系统研究轴向非均匀应变场下相移光栅光谱特性, 对均匀应变、 线性应变、 二次应变以及三次应变分布下相移光栅反射谱进行仿真, 分析应变分布函数各项系数对反射率、 通透带宽、 透射窗口对应波长以及光谱形状的影响, 并得出规律性结论。 基于不同形状悬臂梁组建应变调谐实验装置, 利用有限元法计算固定于不同形状悬臂梁表面相移光栅栅区应变分布, 结合数值计算结果进行相移光栅应变调谐实验, 研究相移光栅栅区轴向在均匀应变场、 线性应变场以及二次应变场下相移光栅的反射光谱, 实验结果表明在不同应变场下相移光栅反射谱呈现规律性变化, 与仿真结果很好吻合。

光纤布拉格光栅(FBG)已广泛应用于应变参数测量中，但非均匀应变易引起FBG光谱变形而无法进行波长检测，因此需重构沿FBG的应变分布。针对应变分布重构效果差且收敛速度慢的难题，在深入研究改进遗传算法的基础上，提出基于FBG光谱中心波长位置与反射率双重约束的应变分布重构理论，显著改善了重构的非唯一性和置信度。同时，假设应变分布为多项式形式，通过对多项式系数的重构实现应变分布的重构，大大提高了重构的速度。在此基础上开展了应变分布参数重构仿真实验，多项式系数重构误差均小于1.5%；结合两端固定压杆调谐光纤光栅实验，验证了该应变分布重构方法的有效性、适用性和可操作性，形成了一种快速有效的应变分布重构方法。

基于超窄线宽激光特性和光源波长扫描技术, 构建了高灵敏度腔增强吸收式乙炔气体检测系统。该系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作光源, 使用两块高反射率平凹透镜组成的光学谐振腔作吸收池, 通过扫描腔长使入射激光频率与谐振腔模式相匹配, 利用激光失谐技术快速断开入射激光, 从而实现对微量乙炔气体浓度的衰荡测量。利用腔增强吸收技术测得了激光衰荡时间和6 518.824 cm-1附近的乙炔弱吸收光谱并进行了分析。结果表明, 乙炔气体浓度线性相关系数优于0.999, 最大相对误差小于2.5%, 极限检测灵敏度为2×10-6; 逐次充入一定体积的乙炔气体, 动态响应时间均小于10 s。该检测系统精确度好、灵敏度高, 具有较好的动态响应特性, 可用于电力变压器故障气体实时在线监测。