相比传统监测手段，光纤传感器具有灵敏度高、本质绝缘性高、抗电磁干扰能力强等优势，但基于光纤布拉格光栅的湿度传感器易受温度和应力影响，存在湿度测量误差大、稳定性差等问题。针对这些问题，提出了一种单光栅半涂覆温湿度传感器的制备方法。首先，在光栅的一半栅区上涂覆湿敏材料，另外一半栅区为裸光栅。然后，对裸光栅的反射光谱峰值曲线进行高斯拟合，建立环境温度与中心波长λ的函数关系。最后，分析了光栅反射光谱曲线和峰值功率围成的面积S与不同环境湿度的关系，建立面积S与环境相对湿度的函数模型，并采用温湿度发生器对传感器进行测试。实验结果表明，在10%RH~90%RH（%RH为相对湿度）范围内，该传感器具有较好的重复性，湿度监测灵敏度为2.95/%RH，响应时间为6.6 min，满足仓储等行业对温湿度的监测需求，为相关领域的温湿度监测提供了一种新的解决方案。

设计了一种新型的矿用光纤光栅风速传感器, 利用差压原理实现风速转化, 由波纹管、等强度悬臂梁和双光纤光栅组成差分敏感机构, 并通过算法进一步进行温度补偿, 有效克服了温度交叉敏感问题, 提高了应变测量的灵敏度。文中推导了光纤光栅中心波长变化量与风速的关系, 同时对敏感机构进行了水压模拟试验, 得到传感器敏感机构的灵敏度为0.703 pm/Pa, 与理论值具有很好的吻合度; 对风速传感器样机进行风洞试验测试, 结果表明风速在0.2~20 m/s的情况下, 传感器测量误差可基本控制在±0.3 m/s以内, 并具有良好的线性关系。

管道泄漏引发的负压波信号及其沿管道衰减程度与管道工况、长度及泄漏孔直径等因素有关。针对传统负压波监测方法定位精度低、可靠性差等问题, 提出了一种光纤负压波管道泄漏监测方法。由泄漏负压波在管道中传播规律, 通过提高传感器布设密度, 降低信号衰减强度, 得到了更清晰的负压波下降沿拐点信息。根据泄漏点所在传感器区间不同, 提出了自适应负压波波速数值计算方法。在实验室分别对光纤与传统负压波泄漏监测方法进行对比分析, 实验结果显示, 在泄漏量为管道总运输量5%的工况下, 光纤监测法泄漏定位误差小于1.6%, 较传统的监测方法能获得更高的管道泄漏监测灵敏度及定位精度, 具有更加广阔的应用前景。

为了实现风力发电场多点、远程风速检测, 便于测量和风场风速物联网的构建, 采用风杯来调制光纤布喇格光栅的方式, 设计了一种全光纤风速传感器, 通过光纤光栅波长的变化频率可以求出对应风速值, 并对传感器设计结构进行了说明, 介绍了传感器的制作封装工艺以及相关的设备和实验数据。结果表明, 传感器运行稳定可靠, 测量误差不超过0.16m/s, 适合于风电场的多点大容量风速监测, 对风力发电实际应用具有重大意义。

分析了激光多普勒回波信号的特征，提出了一种激光多普勒信号的频率估计算法。用FFT(Fast Fourier Transform)技术求得信号的自相关函数，并由功率谱得到信号频率的粗估计，然后用粗估计值对自相关函数移频，并根据移频信号自相关函数在一点的相位，估计频偏，对粗估计进行频率校正得到频率估计值。在进行信号频率粗估计和求相位时，利用计算过程中得到的结果和FFT 因子的对称性，减少运算量。仿真结果表明，本算法有较小的均方根误差和平均绝对误差，应用于激光多普勒测速实验，结果与仿真一致。

针对固体运动目标高速度、高加速度的特点,研究了高斯白噪声背景下激光多普勒测速回波信号的参数估计问题。通过计算参数矢量的费希尔(Fisher)信息矩阵,分析了实回波信号的多普勒频率和频率变化率估计方差的克拉末-雷奥(Cramer-Rao)下限(CRLB),推导了采样点数较大时回波信号参数方差估计的CRLB计算公式,讨论了各参数的最大似然估计(MLE)。指出回波信号参数估计方差的CRLB与采样点数、信噪比及初相有关,采样点数较大时,实信号参数估计方差的CRLB为对应复信号的2倍。在不同的采样点数和信噪比下仿真表明,提高回波信号的信噪比和增加采样点数可以减小各参数估计方差的CRLB,结果与理论分析吻合。