提出了一种基于超弱光纤光栅阵列的长距离传感系统。基于超弱光纤光栅的离散分布和高信噪比特点，采用分段采集的方法降低系统对数据缓存和计算能力的要求，利用ZYNQ（ZYNQ-7035 All Programmable SoC）嵌入式底层硬件实现对选定空间上10 km传感段的解调。采用OptiSystem软件仿真分析系统的功率预算，精准设计入纤脉冲光功率以及拉曼光纤放大器的配置，结合电路的动态分段增益，实现长距离传感系统中的功率均衡，并搭建实验系统予以验证。结果表明：系统工作距离可以达到50 km，传感信号的强度波动小于2.2 dB，空间分辨率为1.5 m，解调速度为0.3 Hz，远端的解调精度稳定在6 pm以内，温度测量精度为±0.15 ℃，应变测量精度为±5.5 με。系统整体性能优于传统的分布式布里渊传感系统，且具有良好的可扩展性，在长距离光纤温度、应变感测上具有明显的技术优势。

为了减小拉曼散射光波长相关损耗、光电探测器附加噪声及散射光中的瑞利噪声对分布式光纤温度传感器测温误差的影响，通过分析分布式光纤温度传感系统的解调原理提出了一种反斯托克斯光降噪方法。将光纤按照环形结构铺设，以每次测量的反斯托克斯光信号中菲涅耳反射峰后的基底噪声平均值作为动态本底噪声，利用两段处于不同温度的光纤消除动态本底噪声后的瑞利噪声。反斯托克斯光降噪解调法从原理上避免了参考斯托克斯光引入的测温误差，消除了本底噪声和瑞利噪声导致的测温误差。实验结果表明，修正的分布式光纤温度传感系统的最大测温误差从5.4 ℃降低到0.6 ℃，测温准确度有明显提高。

提出一种新型智能化长距离光纤预警系统,研究了该系统在真实工作环境下的预测准确性。该预警系统主要分为分布式传感和信号识别两个部分,其中相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术用于系统的分布式传感部分,而神经网络技术用于信号识别部分,以对入侵事件进行识别和分类。在信号识别部分创新地提出了一种改进型神经网络结构,并使用基于小波包分解的神经网络和具有三个隐藏层的神经网络等其他两种方法进行效果对比。最后,通过三次不同的实验,探究了系统的识别准确性。结果表明,基于改进型神经网络的光纤预警系统在入侵事件识别方面具有优良的分类效果,平均识别率达到95%以上。

由于长距离石油天然气管道分布范围广、背景环境复杂，光纤预警系统在实际环境中对威胁管道安全的破坏性事件的识别具有较高的虚警率，难以达到保护管道安全的预警效果。本文将深度学习应用于长距离的光纤预警系统中，识别出主要影响预警效果的过车信号以降低系统的虚警率。智能光纤预警系统主要分为两个部分：分布式光纤传感系统和信号识别系统。本文在实际环境中从?-OTDR（phase-sensitive optical time domain reflectometry）分布式光纤传感系统采集管道周围的入侵信号，通过CLDNN（convolutional, long short-term memory, fully connected deep neural networks）神经网络建立识别模型实现过车信号的识别。经过训练和盲测，所构建的过车事件的识别模型在实际长距离光纤监测环境下有良好的识别和定位效果，有效地降低了预警系统的误报率。

设计了一种远程多点光纤传感系统用于大范围对象测量,其结构为一个本地控制节点通过双向光纤链路串联所有远端传感节点。在本地控制节点共享光源、光电检测器等光电器件,并结合虚拟仪器实现数据处理电路;而远端传感节点仅包含敏感元件、无源光器件构成的光路,并能直接实现时分复用。以3节点系统的甲烷气体检测为例进行实验和计算,结果证明该方案能够有效工作,通过循环检测可使首个传感节点的相对误差降至0.2%以下。

激光自混合干涉技术是近年来兴起的一种具有很高应用价值的干涉测量技术。为提高自混合干涉的位移测量精度，在环形腔光纤激光器自混合干涉系统中引入正弦相位调制技术。分析了干涉信号的相位调制和基于傅里叶变换的解调算法，讨论了相位调制器的调制噪声和多重反馈等因素对自混合干涉测量精度的影响。使用环形腔掺铒光纤激光器和光纤相位调制器构建了实验系统，对高精度商用微位移平台的振动进行了测量，在频域中获取了自混合干涉信号的相位，并重构了位移平台的位移，获得了λ/20的位移测量精度。实验结果表明，该系统提供了一种可靠的基于全光纤传感应用的高精度位移测量方法。

研究基于Φ-光时域反射计(Φ-OTDR)技术的分布式光纤传感方法,分析了基于相干光时域反射计的分布式光纤振动传感机理。在此基础上系统采用一段40 km多芯通信光缆中的一芯光纤作为传感光纤进行通信光缆险情定位与预警试验。试验结果表明,该系统可对40 km通信光缆不同位置的入侵事件自动识别预警,显示险情位置,定位精度优于50 m。

提出了一种基于Φ-OTDR(相位敏感光时域反射计)技术的Φ-OTDR分布式光纤振动传感技术，该技术能够方便地进行入侵定位。介绍了Φ-OTDR分布式光纤振动传感系统的传感机理，论述了光纤传感采集系统的硬件和软件设计。试验结果表明，该系统可对通信光缆不同位置的入侵事件自动识别预警，显示险情位置，测量距离大于60 km，定位精度10 m。

光纤干涉仪的消光比在很大程度上决定了干涉型光纤传感系统的灵敏度。文章从理论上分析了基于干涉结构的分布式光纤振动传感系统的消光比影响因素，指出偏振态是影响系统消光比的主要原因。在此基础上，设计并实现了一种性价比极高的在线偏振调节器。通过对偏振态的调节，实现了长距离分布式光纤振动传感系统消光比的动态均衡。

针对光纤法布里-珀罗(F-P)传感器在实际应用中易偏离工作点,造成输出信号衰减,信噪比降低问题,提出了双波长稳定技术,建立了双波长稳定系统的数学优化模型。采用全局搜索能力强,收敛速度快,鲁棒性好,能有效解决复杂优化问题的微分进化算法(DE)进行了全局结构优化。结果表明,DE算法能在较短的运行时间内得到全局最优解,误差＜10-3,优化目标下降了89.46%,且运行时间有所减少;证明该算法正确可行,高效可靠,为光纤F-P传感器的结构优化设计提供了实验基础。