在相位敏感光时域反射计 (φ-OTDR)识别入侵事件中, 时间域单点振动判断和空间域相邻点振动判断算法是以一段时间和相邻区域内的数据变化幅度为依据, 来检测由入侵者产生的光强差异, 定位入侵位置。本文在这种算法的基础上, 重点研究了三个方面的内容: 即研究自适应均值去阈值的方法、分析了该算法可以识别的振动事件的频率响应范围、设计算法对振动事件所包含的频率信息分类, 并通过 25组不同频率的振动实验验证算法和分析。实验证实研究出的阈值处理方法适应性非常好, 频率响应范围与理论分析一致, 且设计的频率分类算法能够实现对振动事件所包含的频率信息正确分类, 为 φ-OTDR的实际工程应用提供参考。

分布式光纤测温系统是一种新型的线型感温探测器, 以光纤作为传感器, 可实现沿光纤分布的温度实时测量。理论分析了分布式光纤测温系统的原理以及影响空间分辨率指标的因素, 并给出了0.5 m高空间分辨率分布式光纤测温系统的设计以及测试情况。将高空间分辨率分布式光纤测温系统应用于电缆温度测量, 测量结果表明0.5 m空间分辨率下对小区域电缆过热点的探测更为显著, 可及时发现潜在的火灾隐患。

在相位敏感光时域反射计识别入侵事件中, 基于传统算法研究了时间域单点振动判断、空间域相邻点振动判断、特征量峰值比例判断相互结合的算法, 并从算法的识别准确率、实时性、复杂性、定位稳定性等角度, 衡量算法的优劣.实验验证发现, 时间域单点振动判断、空间域相邻点振动判断结合的算法识别入侵事件准确率最高, 达100%, 且实时性满足性能要求, 算法简单, 定位稳定性好.该算法在不同频率下振动事件中适用性较强, 可为相位敏感光时域反射计应用于安防监测领域的信号处理部分提供参考.

根据耦合模理论,采用传输矩阵法分析了相位掩模法制作的光纤布拉格光栅的反射谱特性。设计了一种新的写制光纤光栅的光路,利用高斯激光光束写制出具有短波自致啁啾效应的切趾光栅(栅长0.015 m)。对具有短波自致啁啾效应的光纤光栅进行了物理切割(剩余光栅的长度分别取0.007 m和0.0055 m),得到了一种新型的具有长波自致啁啾效应的光纤光栅,原本的自致啁啾光栅反射谱中旁瓣分布在短波长方向,而得到的新型自致啁啾光栅的反射谱中长波长方向的旁瓣更为明显。基于对光纤布拉格光栅自致啁啾效应的分析,提出一种新型类高斯切趾函数,以此函数对自致啁啾效应进行数值模拟,得到了与实验结果相一致的光谱图。

提出了一种新颖的高灵敏度温度不敏感光纤光栅压强传感器。该传感器主要由开口环传感机构和铝箔管组成，根据光纤布拉格光栅带宽调谐原理，首次采用开口环机构和利用带宽编码技术，实现了温度不敏感压强感测。实验结果表明：该传感器在低压范围内具有很高的压强传感灵敏度系数，可达2．50×10³nm／MPa，实验结果与理论分析基本相符。通过选择不同材料的开口环和铝箔管的材料以及改变其结构参数，可灵活设计并调节压强传感灵敏度系数及压强感测范围。

利用光纤光栅压强传感机构和汾丘里管设计了一种基于光纤光栅的流速传感器,并推导了光纤光栅中心波长漂移量与流速的关系式。实验表明,该传感器具有较高的灵敏度,稳定性较好,光纤光栅的中心波长随流速的增加而不断向短波方向漂移,而带宽几乎没有变化,实验和理论符合得较好。该流速传感器的动态感测范围为51.0～148.2 mm/s,在该范围内,至少可感测到0.3 mm/s的流速变化,这是目前所报道的最优值。优化光纤光栅压强传感机构及汾丘里管的参量,可测量其它速度段的流速,并可进一步提高传感灵敏度。

详细阐述了国内外几种典型光子晶体光纤光栅的制备方法,如紫外曝光法、热激成栅法、机械压力法、双光子吸收法,并分析了各自的优缺点,还分析了光子晶体光纤布拉格光栅、长周期光栅的模式耦合特性。研究表明

设计了一种由一直梁和两个半圆拱组成的开口环结构,并将均匀光纤布拉格光栅斜贴于直梁中间的表面处。对两半圆拱施加与直梁方向平行的应力作用时,光纤光栅受到线性应力场的作用,光纤布拉格光栅即转化为啁啾光纤光栅。该机构实现了光纤光栅带宽的线性调谐,线性度高达0.9982,实验结果与理论分析一致。与以往的带宽调谐机构相比,该机构具有很高的应力灵敏度,在20 N力的作用下,可产生约7 nm的带宽反射,灵敏度达0.34 nm/N。利用环境温度对带宽调谐无影响的特性,采用带宽编码技术,研制出具有温度自动补偿特性、高灵敏度的带宽调谐装置。

介绍了干涉型光纤传感器的基本原理,结合实例阐述了各种干涉型光纤传感器的设计方法与实现技术,讨论了光纤传感器所用光源的选择,举例说明了干涉仪在大规模、长距离传感系统中的应用方法,并展望了这类光纤传感器的发展前景。

根据耦合模理论,对光纤布拉格光栅(FBG)的横向应变特性进行了深入研究,并采用数值分析方法对光纤布拉格光栅在平面应变和应力情况下进行了模拟分析