为了实现光纤光栅传感器在可穿戴系统中的应用，提出了一种基于硅基光子集成芯片的可穿戴光纤光栅传感解调系统。基于比利时iSiPP50G工艺的光子集成芯片由4×1长波长VCSEL阵列、1×8阵列波导光栅、2×2 MMI耦合器、4×1光纤光栅耦合器阵列、Ge-on-Si波导光电探测器、直波导和弯曲波导等组成。在完成对VCSEL光源金线键合和光子集成芯片光纤耦合封装的基础上，设计了手环式解调电路，对人体温度和心音信号进行了实时测量。实验结果表明: 解调系统的动态波长检测范围为1 540 nm～1 560 nm，波长分辨率为0.08 pm，解调精度为5 pm，温度监测范围为35 ℃～42 ℃，误差为±0.1 ℃；可检测50 Hz～100 Hz频率范围内的心音信号，可识别出第一心音和第二心音，并计算出心动周期、心率、第一心音时限、第二心音时限和心力等特征参数。

手术机器人可以通过术前路径规划避免重要组织受到损伤，且具有较高的操作精度，因而被广泛应用于穿刺活检手术之中。目前手术机器人在穿刺针形状信息准确实时获取方面存在不足，无法实现穿刺过程中自主避障以及精准的靶点操作。因此研究穿刺针形状感知方法，可为手术机器人自主/主从穿刺提供形状信息反馈，对于提高穿刺手术的安全性与准确性有着重大意义。鉴于此，提出了一种融合分布式光纤光栅传感技术和人工智能的形状自感知穿刺针。利用机器学习算法，对静态标定实验获取的不同弯曲状态下光纤光栅的中心波长数据与形状数据进行训练，得到了光纤光栅中心波长漂移量与形状函数及弯曲方向角之间的神经网络模型，进一步调用该神经网络模型，实现穿刺针的三维形状重构；测试结果表明，穿刺针针体的形状重构最大误差值为0.90 mm，弯曲方向角的最大误差为5.03°。在动态性能验证实验中，形状重构最大误差值为0.84 mm，弯曲方向角的最大误差为1.02°，进一步验证了模型的可靠性。因此所提出的形状自感知穿刺针能够精准实现形状信息的实时获取，从而在手术机器人自主穿刺和主从操作过程中针体形状感知与调控方面具有广阔的应用前景。

针对智能柔性滑觉传感中位置与速度的实时监测问题，设计了一种监测目标位移与速度的光纤感知模块。首先，采用温度补偿模块解决温度交叉敏感问题；然后，在分析传感单元应力分布仿真结果的基础上提出了“米”型FBG组网结构；最后，采用标准压力计与小球完成了位置方向与速度状态的测试，并提出了适用该结构的目标状态解算模型。仿真结果显示，目标轨迹平均形变量约为0.32 μm，衰减距离宽度约为3.0 mm。实验针对0.255 kg钢制小球进行滑动测试，FBG应力灵敏度均优于0.0206 nm/N，FBG中心波长偏移量可以准确确定物体所在区域位置和物体运动方向。传感模块能够实时监测物体运动状态，智能调整物体施力大小及位姿。结果显示，该滑觉感知系统的平面定位精度、运动角度与速度换算均符合设计要求。并且根据模型函数关系可知，在调整传感网络中 FBG总量时可以实现对位置、角度及速度精度的控制。综上所述，该系统具有对检测区域内目标位置、运动状态实时监测的能力，适用于柔性智能装配、智能仿生皮肤等技术领域。

为测试光纤光栅（FBG）传感器是否可以承受由加速度引起的稳态惯性载荷，以及在承受这些载荷期间的传感性能，设计了一种铝合金基片封装式光纤光栅应变和温度传感器，并对其进行了加速度性能验证。确定了FBG应变和温度传感器的设计尺寸，阐述了封装过程，分析了 FBG 传感器的应变和温度传感机理，开发了基于体相位光栅和线阵光电探测器的光谱检测解调系统。搭建了加速度试验装置，并按照GJB150.15A“加速度试验”要求和方法对选取的 FBG 应变和温度传感器进行了加速度性能测试。试验结果表明：在加速度试验前后的 2 min 性能测试中，波长偏移量均未超过±50 pm，且光强变化未超过0.3 V；在加速度试验中，波长偏移量最大波动为±7 pm，光强均在1.3 V～4.003 V内。验证了所设计的光纤光栅传感器具备承受加速度载荷的能力，且承受载荷期间传感性能良好。

为了解决航天器板状结构变形的监测问题，建立了结构应变检测与形变重构系统，提出了一种基于准分布式光纤光栅传感器网络和改进型增量式极限学习机相结合的结构形变重构方法。采用光纤光栅应变传感技术，搭建了四边固支平板结构应变检测与形变重构装置，每条通道由12个传感器按照四行三列等距离分布组成，并采用完全粘贴方式提高测量的准确度与稳定性。设计了基于增量式极限学习机的结构形变预测模型，经过训练，该模型能够有效的预测结构变形位移量，结合三次样条插值法，实现了变形曲面的三维重构。采用平均绝对误差以及均方根误差两个精度指标对重构方法进行评价，实验结果表明，该检测装置及形变重构方法在不同的变形状态下的平均绝对误差小于0.05 mm，均方根误差小于0.005 mm，满足航天器结构的形变监测需求。