阐述了利用匹配光纤光栅闭环跟踪测量传感光纤光栅布拉格波长的方法．给出了基于高速数字信号处理器（DSP）的光纤光栅波长解调系统的实现方案，该方案利用一种特殊结构的悬臂梁和两个并联二次反射匹配解调光栅的方法来实现光纤布拉格光栅（FBG）传感器的高精度大范围应变传感解调，并通过特殊悬臂梁提高了解调光栅的敏感度；同时利用并联方式并选择两个合适的匹配光栅中心波长来增大可检测的应变范围，同时解决了双值问题。

根据强度解调型光纤光栅法布里-珀罗干涉仪（FBG-FPI）的应变传感原理,分析讨论了其光栅栅长、折射率调制深度、干涉仪腔长以及与换能器的结合方式等因素对传感器最大应变灵敏度的影响;同时对比分析了强度解调型FBG-FPI与单个光纤布拉格光栅（FBG）以及传统光纤法布里-珀罗干涉仪的应变传感灵敏度差异。结果表明,强度解调型FBG-FPI应变传感器的理论可探测最小应变量达10-12量级。利用FBG-FPI粘贴压电陶瓷（PZT）提供的微小周期性应变实验证明,强度解调型FBG-FPI应变传感器具有对微弱交变应变信号的探测能力,并且在进行非线性修正后,该应变传感器还具有良好的线性响应特性。

阐述了基于光纤布拉格光栅原理的三维触发式坐标测量机测头传感系统及控制箱设计方法,从机械结构、传感信号解调系统以及测量过程中逼近速度和逼近距离等几个角度分析了测头误差来源。根据测头的设计参数要求进行了测头的灵敏度、复位性和测力等性能实验,结果表明该测头单方向重复定位精度为20 nm,灵敏度为50 nm,测量力小于5 mN。

提出了一种基于FPGA与DSP平台的光纤布拉格光栅传感分析仪,将外界参量的变化转化为光纤布拉格光栅波长的偏移,通过数据采集、过滤杂波、信号波峰检测、高斯曲线拟合以及加权波长计算等关键步骤来实现波长解调技术,进而完成温度、应变、压力或位移等对象的在线测量,并且可以实现光纤线路故障分析与定位的功能。实验结果表明：该系统功耗低、线性度好、波长解调精度与分辨率较高。经过长期测试,系统软硬件运行稳定可靠。

设计了一种新型的差动式光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）加速度计,论述了其传感结构的设计原理、理论分析和有限元仿真。文中设计的主梁与微梁相结合的差动结构形式,克服了传统悬臂梁结构FBG加速度计存在的固有频率与灵敏度相互制约的矛盾,提高了固有频率和灵敏度。同时,为了解决单悬臂梁结构加速度计存在的温度补偿问题,设计了差动式光学检测系统,使该加速度计的灵敏度较传统单悬臂梁结构提高了一倍。理论分析结果表明,该加速度计灵敏度可达到52.7pm/gn,固有频率250Hz。实验结果表明,该结构提高了加速度计的灵敏度,有效解决了FBG加速度计应变和温度交叉敏感问题,实验结果与仿真数据具有很好的一致性。

为解决软体气动驱动器弯曲变形的柔性传感测量问题,提出将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层进行曲率测量与形状重构的方法。建立了软体机构变形光纤传感重构算法模型,理论分析了光纤光栅光谱变化与应变限制层弯曲曲率的关系。搭建了基于光纤光栅特性的软体传感、解调及曲率标定装置,实验分析了不同曲率下光纤光栅反射光谱的特征,得出光纤光栅中心波长漂移量与弯曲变形曲率的关系,计算得出软体气动驱动器在不同弯曲状态下的曲率值,重构出软体气动驱动器的变形形状,验证了形状重构结果的正确性。实验结果表明:将光纤光栅植入软体气体驱动器应变限制层,利用光纤光栅反射光谱变化可实现软体驱动器的曲率测量与形状传感,3种弯曲状态下光纤光栅传感测量值与软体驱动器曲率标定值之间的最大误差为2.1%。该光纤传感方法在软体气...