我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首，分布式光纤传感技术（DOFS）作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术，近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战，在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史、现状以及典型应用原理和方案等的基础上，对其工作新机理、系统设计方案、研究发展方向等进行了阐述和讨论。

光纤水听器探头在深海静水压力下存在变形，这会影响其对水下声信号的探测性能，甚至会使探头失稳而无法在深海环境中继续作业。传统电学传感器因受限于尺寸和电磁干扰等因素，故难以被用于水听器探头的形变监测中。光纤光栅点式传感器的空间分辨率较低，故也无法对尺寸小的光纤水听器探头进行全分布式力学监测。为此，提出了一种基于光频域反射仪的高空间分辨率、高精度的光纤水听器探头形变监测方法。在实验中，光纤紧密缠绕在水听器探头的表面，采用自主研制的分布式光纤形状监测分析仪测量了探头形变产生的光纤瑞利散射光谱的波长漂移，并采用逆向积分的方法实现了探头形状的二维重构。研究结果表明：随着静水压力的增大，水听器探头直径逐渐缩小，并沿周向出现周期性凹陷；当静压力达到6 MPa时，三个周期性凹陷深度达到124 μm。该实验研究结果与基于ANASYS的耐压性仿真结果相符。

设计了一种柔性细径光纤束形状传感器及其注胶封装装置，采用光频域反射仪的分布式应变测量技术，实验探究了形状传感器在封装过程中胶水材料及配比对残余应力的产生、积累和分布情况的影响。实验结果表明，胶水交联反应使得光纤产生的残余应变随着固化时间的推移逐渐增大，且形状传感器中3根光纤的残余应变随时间的积累以及沿光纤轴向的空间分布具有一致性。经过约16 h的固化反应后，3根光纤的残余应变达到最大值并稳定保持在80~100 με范围内。该研究成果最大限度地减小光纤形状传感器封装过程中的残余应变，为高精度形状测量提供了基础。

光纤形状传感技术能够测量姿态、取向、径迹以及位置等三维空间信息,在精准介入医疗、变体飞行器以及连续体机器人等领域具有广泛应用前景。光频域反射仪具有高空间分辨率和分布式测量等特点,相较于光纤光栅的波分复用技术,在提高形状传感空间分辨率、形状重构精度以及传感长度等方面具有明显优势。在阐明光频域反射仪分布式应变传感原理的基础上,建立了弯曲形变与应变以及光纤瑞利散射光谱波长漂移之间的物理关系,同时构建了弯曲大小、弯曲方向以及挠率与空间曲线局域标架三个正交分量的数学关系,最后采用切向分量的线积分实现光纤三维形状重构。实验设计并制备了一种基于镍铬形状记忆合金丝与三根光纤束封装的形状传感器,其二维、三维形状末端的平均最大误差为传感器总长度的0.58%和3.45%。

为了提高开环光纤陀螺的测量精度，研究了干涉式开环光纤陀螺系统中元器件的非理想化对陀螺精度的影响.根据光纤陀螺系统的结构特点，给出了陀螺系统不同元器件的矩阵模型，导出了开环陀螺的输出表达式，重点分析了光源偏振度和输出光功率波动、耦合器分光比波动以及系统中光纤尾纤熔接点对轴误差造成的偏振误差.研究结果表明，在诸多影响因素中，光源波动对陀螺系统的影响最大，耦合器分光比波动次之，熔接点对轴误差的影响最小.

在光纤布拉格光栅法布里珀罗干涉式（FBG FPI）传感器的实验研究和工业应用中，其灵敏度一直受到广泛关注。在考虑光源线宽的情况下，推导出了其灵敏度的理论表达式，讨论了光源相干长度、法布里珀罗（F-P）腔腔长及光栅反射率对灵敏度的影响，指出腔长与光源相干长度比值越小，灵敏度越高；在腔长与光源相干长度比值一定时，存在一个最佳反射率使灵敏度达到最大。最后通过不同腔长的灵敏度对比实验和不同反射率的灵敏度对比实验，验证了理论仿真结果的正确性。