针对铁路及城市轨道交通运行环境多变、监测距离较长且监测方法易受雷电影响等问题，提出了一种基于光栅阵列的列车定位及测速方法.该方法利用抗电磁干扰能力强、复用容量大的超弱光栅阵列构成振动传感网络，采用非平衡马赫-曾德尔干涉解调法实现对列车运行振动信号的检测，在小波降噪后通过基于短时能量分布的端点检测法来实现对列车的精确定位，并利用相邻测区之间的距离与列车抵达的时间差来推算列车在该区域的运行速度.为验证该方案的可行性，在武汉地铁7号线湖工站至野芷湖站间搭建了实验系统进行现场测试.实验结果表明，该方案能实现对列车实时位置的精确定位，且测速误差为±2 km/h，且经过长时间的测试，基于该方案的系统具有很好的可靠性和稳定性.

提出了一种基于单模-多模-单模拉锥结构的光纤布拉格光栅 (FBG) 传感器,该传感器能有效提高应变的检测灵敏度。多模光纤具有孔径大、易耦合、写制光栅较容易、可承受应变较大等优点,使光栅区域位于拉锥多模光纤处,则该多模拉锥光纤的光栅可使传感器获得更高的应变探测精度和灵敏度。通过控制多模光纤的拉伸长度,制作了多个不同锥度的传感器。先将一段长度为1.7 cm的多模光纤对芯熔接在两段单模光纤中间,然后对多模光纤段分别进行长度为0.8,0.9,1.0 cm的拉锥,在多模光纤锥区一侧写入长度为7 mm的FBG。通过分析反射谱中谐振波长的变化来监测温度、应变的改变。实验结果表明,该传感器的应变检测范围为0~960 με,应变灵敏度最高可达15.5 pm/με,而温度灵敏度为10.5 pm/℃,锥区半径越细则应变灵敏度提升越明显。由于应变灵敏度相对传统FBG有大幅提高,而温度传感特性保持不变,在没有温度补偿的情况下,温度引起的应变误差仅为0.677 με/℃,降低了应变和温度之间的交叉敏感性。

通过光纤频移干涉技术测量了超声在光纤中产生的多普勒频移, 提出一种光纤超声传感方法.将缠绕在压电陶瓷上的光纤环接入到频移干涉萨格拉克干涉仪中, 以压电陶瓷作为超声波信号源, 调节声光调制器使得干涉信号偏置在零点, 达到系统灵敏度最高, 通过干涉信号的频率和幅值测量到了超声引起光纤环中发生的多普勒频移, 进而获得了作用在光纤环上的超声波信号.实验结果表明, 用该方法测量超声频率的相对误差为0.001%, 频响在所测量的20~200 kHz范围内具有良好的线性.该方法在管道健康监测、固体内部裂缝监测、大型机械装备结构损伤监测等方面具有应用前景.

光纤光栅传感技术近年来的快速发展对复用容量和空间分辨率提出了更高的要求。采用超弱反射光纤光栅(FBG)结合光频域反射技术(OFDR)，实现了大容量、高空间分辨率的准分布式光纤光栅传感网络的解调。通过对拍频信号分离的优化和非线性矫正，利用拍频信号的频谱信息，实现了高空间分辨率的光纤光栅位置信息的提取，并进行各个光栅拍频信号时域上的分离，再结合希尔伯特变换还原光栅的反射光谱信息，实现光栅的波长解调。实现了单根光纤上200 个间隔为20 mm、中心波长为1552.8 nm、反射率仅为0.1%的全同超弱反射光纤光栅的解调。实验结果表明，在-10 ℃～80 ℃的温度范围内，各个光栅的中心波长随温度变化的线性度达到99.6％以上。

在波长调制法的光谱吸收型气体传感器设计中,通常采用二次谐波检测技术。然而含有气体体积分数信息的被测信号和二倍频参考信号的相位差变化严重影响了二次谐波信号测量结果。采用双光路相位保持设计来解决这一问题,设计包括移相电路和双光路两部分,移相电路由数字电路组成,调整方便,用来消除电路本身固有延时; 光路部分通过增加一路不经气室吸收的参考光路,同检测光路组成双光路,保证无论光纤长度如何变化,被测信号和参考信号相位始终相同。在波长调制的基础上引入双光路相位保持设计后,随被测信号相位0～90°变化,测量结果误差值低于±10%。这种设计提高了系统检测结果的稳定性,实现了恶劣环境中,任意距离任何位置的气体体积分数检测。

基于气体在吸收峰波长下对光的吸收随浓度变化的原理,研制一种光纤式气体监测仪,根据被测气体的吸收峰对应的波长选择分布反馈式半导体激光器作为光源,采用不同频率的光源驱动电路实现对多种气体浓度的同时检测.对甲烷和乙炔气体浓度的检测实验表明,该系统具有一定的检测灵敏度和精度.