为提高接触式柔性光纤温度传感器的稳定性和抗干扰性，提出了一种基于荧光强度比技术解调方法的上转换荧光纳米粒子掺杂的柔性荧光光纤温度传感器。稀土离子掺杂的复合柔性光纤受激发射出稳定荧光，依靠上转换纳米粒子热耦合能级对温度的依赖特性，热耦合能级对应的中心荧光峰的强度随着温度的变化而变化。所提柔性光纤温度传感器将掺杂Er³⁺的热耦合能级对应的中心荧光峰强度的比值作为温度的表征值，且其温度响应表现为热增强型，即荧光强度随着温度的升高而增强。实验结果表明柔性光纤温度传感器表现出强稳定性和强抗干扰性，同时具备良好的柔性和变形能力、高灵敏度和可重复性，最大绝对灵敏度为0.0038 ℃^-1、最大相对灵敏度为1.29 %/℃。

光纤泄漏监测技术是国际上公认的、有应用前景的长输管道泄漏监测解决方案，但在地埋气体管道上尚无明确的有效监测范围。为了测定有效监测范围，采用不同压力的氮气，在直径为355 mm的管道上进行了不同位置和不同孔径的泄漏模拟试验。试验结果表明：光纤温度传感器的有效范围受泄漏孔径大小的影响很小，受压力和位置的影响较大，也会间接受到土壤密实度的影响。在实际工程应用时，可根据以上因素的影响，调整光纤温度传感器的布设方案，以提升其监测效果。

为了实现高精度分布式温度传感的精确采样, 论述了一种基于动态过采样技术的光纤喇曼散射温度传感系统。系统采用现场可编程门阵列(FPGA)动态调整采样时钟相移的方法, 实现了对斯托克斯信号和反斯托克斯信号的空间动态过采样, 对250 MHz采样时钟实现了4倍空间过采样, 等效采样率达到1 GHz。该方法能够很好地捕获纳秒级散射光脉冲, 具有长距离、高分辨率的温度探测能力。

为了研制结构简单、成本低、可批量生产的微型光纤温度传感器, 分析了薄膜干涉型光纤温度传感器的原理, 选用ZrO2和Al2O3两种介质薄膜材料, 采用TFCalc膜系设计软件设计了薄膜干涉型光纤温度敏感探头的膜系, 由南光ZZS1100-8/G箱式真空镀膜系统采用电子束蒸发技术在普通多模光纤端面蒸镀介质薄膜, 形成法布里-珀罗(Fabry-Perot)薄膜干涉, 并搭建光纤温度传感测试系统, 测试结果表明: 在200~600 ℃范围内, 所设计的干涉型光纤温度传感器的测试光谱随温度变化产生一定的波长漂移, 且波长漂移的温度特性为线性, 线性相关系数为99.7%, 灵敏度为8.37×10-6/℃。基于法布里-珀罗干涉的薄膜型光纤温度传感器体积小, 成本低, 结构紧凑, 可批量生产, 适合安装位置狭小或对传感器集成化要求较高的场合。

针对深井温度变化小, 提出了一种可用于深井温度测量的高灵敏度光纤温度传感器。两根陶瓷插芯从铝管的两端插入构成外腔式光纤法珀干涉仪(EFPI)结构, 用螺钉固定插芯, 再用高强度的环氧树脂密封该结构, 达到防水防尘效果。金属铝和陶瓷插芯具有不同的热膨胀系数, 温度的变化将引起EFPI腔长变化, 采用高灵敏度光纤白光干涉测量技术, 就可以通过测量EFPI腔长获得被测温度。分别在固定温度和不同温度下, 对腔长为 146.5μm的 EFPI光纤温度传感器进行了连续测量。测量结果表明, 高灵敏度EFPI光纤温度传感器的腔长-温度灵敏度为260nm/℃, 温度测量分辨率为0.002℃。

通过将一段长为 17 mm的多模光纤两端分别与单模光纤对芯熔接, 然后对多模光纤部分进行拉锥处理, 得到一种波长和强度同时对温度响应的锥形多模光纤温度传感器。实验研究了 30 ℃~80 ℃ 范围内传感器的温度传感特性。实验结果表明: 当环境温度发生变化时, 该传感器在 1 542 nm 附近干涉波谷的波长和强度对温度的响应灵敏度分别可达到 0. 041 nm/℃ 和 0. 106 dB/℃, 并且传感器干涉条纹的波长响应和强度响应之间呈良好的线性关系。基于传感器波长响应与强度响应之间的该线性关系, 通过传感信号强度的检测即可实现干涉型光纤传感器的相位解调, 该方法为传感解调信号提供了新思路, 具有重要的参考价值。

结合基于喇曼散射的分布式光纤温度传感器的基本原理及温度解调过程, 研究和分析了温度测量产生误差的主要原因.采用拟合修正的方法来解决斯托克斯光和反斯托克斯光传输损耗差异以及光纤弯曲、应力等附加损耗对系统的影响; 采集光纤起始端同一位置3个不同温度的信号值求解非线性方程组, 实现了对探测器暗电流引起的测量误差的修正.实验结果表明: 经过修正的传感器在900 m位置的温度测量误差平均值从8.0℃降到0.37℃, 整条光纤的温度测量误差平均值≤±0.6℃.

在研究拉曼散射原理及其应用技术的基础上, 开发了一种分布式结构的光纤测温系统。通过对光纤的拉曼散射光谱信息进行解调处理, 实现了全光纤的分布式温度检测。系统达到的温度分辨率为0.3℃, 空间分辨率为3m, 最大测量距离为6000m。相关的实验室和野外试验结果表明, 该系统的主要性能指标能够满足实际工程的使用要求。

基于单模多模单模（SMS）光纤输出光功率随温度的变化规律，提出了一种温度测量的理论模型，并实现了一种新型的测温系统。通过测量光功率变化的相位即可得到与之呈线性关系的温度变化。通过两个温度变化过程对该系统进行定标，得到相位与温度之间的定标系数为2.5347。对自然快速升温和线性缓慢升温两个过程进行了实验测试，系统误差小于5%。