本文提出了一种基于多波长平均的五步相移解调方案，解决非本征光纤法布里-珀罗（F-P）传感器阵列的串扰问题。以光纤F-P传感器的两基元并联复用系统为研究对象，探讨了基于五步相移解调方案的基本串扰理论以及多波长解调抑制串扰的具体方法。通过数值仿真研究了串扰与传感系统的消光比、平均波长数、波长间隔以及不同传感器基元腔长的关系，对单波长解调方案和多波长解调方案的串扰抑制效果进行了对比分析。结果表明，相较于单波长解调方案，多波长解调方案通过对多个连续工作点处的五步相移信号解调结果进行平均，降低了传感阵列的串扰。同时，该解调方案降低了对传感阵列光开关消光比和不同基元间腔长一致性的要求，有效推进了光纤F-P传感器阵列大规模复用的发展。

传统的硅压阻式压力传感器存在易受温度影响、断裂韧性较差以及传感节点有限等缺点，因此设计了一种悬浮型阵列结构的石墨烯压力传感器。首先分析了该传感器的结构与原理，然后研究了应变对石墨烯能带结构的影响。最后，建立了顶板-支柱结构的压强放大模型和挠度放大模型。理论与仿真结果表明，压强的放大系数与半径比满足负指数关系，随着支柱底面半径的不断减小，放大系数趋于定值；在集中压力模型中，最大挠度与半径比近似满足线性关系，最大挠度与压强呈三分之一幂次关系。

基于光纤光栅复用传感原理, 结合F-P可调谐滤波技术, 采用波分复用与空分复用相结合的方法构建光纤光栅复用传感网络, 并对传感网络中的电源、可调谐滤波器、光电探测器、光开关及传感光纤光栅阵列的组成等进行分析和选择, 提出了结构优化的分布式、大容量光纤光栅传感网络的组网方案。通过在光路中使用F-P标准具和参考光栅对波长值进行标定和校准, 提高了传感系统的测量精度, 为构建大容量、高精度、实时性强的光纤光栅传感系统提供了设计参考。分布式大容量光纤光栅传感网络在多点、多参量和大空间范围传感测量领域具有广阔的应用前景。

介绍了光纤光栅分布式传感原理, 推导了悬臂梁受载荷时的应变计算公式, 以金属悬臂梁为研究对象, 以光纤光栅应变传感阵列为传感工具, 实验研究了固定载荷下裂缝悬臂梁的光纤光栅检测的新方法。金属悬臂梁上光纤光栅应变传感阵列粘贴的位置和预制裂纹的位置由有限元模拟确定, 固定载荷的加载是在金属悬臂梁的自由端悬挂标准砝码。记录金属悬臂梁在无损伤、一条裂缝、两条裂缝和三条裂缝的光纤光栅应变传感阵列检测到的实验数据, 以无损伤的实验数据为初始数据, 分别与有损伤的实验数据进行比较, 得到悬臂梁在各个损伤情况下的应变变化量, 根据应变变化量的不同, 确定出悬臂梁上损伤的位置。

对光纤端面反射引起的光纤光栅阵列的信号串扰进行了理论分析和计算, 并通过实验测试了端面反射引起的传感阵列阵元的信号串扰值。根据阵列信号串扰产生的机理提出了光纤端面反射的抑制方法, 通过实验对该方法进行了验证。对光纤端面反射进行抑制后, 实验得到阵列端面反射引起的串扰小于－70 dB, 可满足光纤光栅传感阵列的实际使用需求。

基于模式耦合理论, 使用结构化光纤Bragg光栅(FBG)对蔗糖溶液温度和介质折射率进行测量, 解决了外部介质折射率参数对温度测量的交叉影响。同时采用FBG传感矩阵进行分布式测量, 可实现对非均匀溶液的温度和折射率测量。采用结构化FBG传感阵列的方式, 实现了具有温度补偿功能的介质折射率分布式测量方案。温度测量灵敏度达到8.5pm/℃, 介质折射率测量灵敏度达到5.42nm/riu。因此, 采用结构化FBG传感矩阵对于解决化学生物传感器的多参数交叉影响和实现分布式测量具有一定意义。

研究了细长机敏柔性结构的三维形态拟合与重构方法以实现高性能飞行器结构形态主动监测。首先, 介绍B样条曲线拟合基本原理, 分析基于正交曲率信息的空间三维曲线重构算法和实现步骤, 并进行了数值仿真分析; 构建了机敏结构模型和实验环境, 基于Visual C++平台和OpenGL技术开发了可视化软件; 然后, 描述正交分布式光纤光栅传感阵列曲率检测方法, 分析与验证了实验模型结构的三维空间形态拟合与重构实验; 最后, 采用B样条与线性插值两种拟合算法分别对半径为50 cm的标准圆形态进行坐标拟合和对比。实验结果表明, B样条拟合算法具有更好的拟合重构效果, 其拟合坐标标准差是线性插值拟合算法的40%。光纤光栅机敏柔性结构空间形态重构与可视化效果良好, 验证了B样条拟合算法的高精度和低误差特性。

针对折叠结构萨尼亚克(Sagnac)光纤传感阵列存在噪声光与信号光混叠的问题,提出了一种主动相位偏置时分复用方案。在传统梯形结构传感阵列的基础上,通过调整总线光纤的长度关系和附加延迟光纤的方法,使噪声光和信号光依次交替返回而不会发生混叠。进一步分析表明,通过调整延迟光纤环的长度,可以使输入光脉冲的重复频率达到标准时分复用系统重复频率的二分之一。整个阵列的相位偏置由一个与输入光脉冲同步的相位调制信号驱动集成光学芯片实现。实验演示了一个两基元的传感阵列,最小时间间隔为331.25 ns,输入光脉冲重复频率可达754.727 kHz,在5 kHz处相位灵敏度为7.3μrad/Hz,探头间串扰约为-51.75 dB。

基于网络中心节点的运动矢量外推技术,提出了一种无线视频传感阵列的低复杂度多视点视频编码方法。该方法考虑到密集型视频传感阵列各视点间通信复杂、布线繁重、且位于各相机节点内的编码器由于计算能力、功耗等限制难以完成复杂的编码过程等特点,利用运动矢量外推逼近技术将大量的运动估计运算从视频编码端移到了网络中心节点,使得新编解码框架下编码器的运动估计的计算复杂度只有传统全搜索运动估计运算的0.3%,降低了系统传感阵列编码端功耗。实验结果表明,该方法的率失真性能比H.264-I帧高出4 dB以上,接近H.264-P帧编码,优于基于Wyner-Ziv理论的分布式多视点视频编码方法。