对三维光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的温度补偿问题进行研究,设计了新型温度补偿膜片,并采用参考光纤法对传感器进行温度补偿。实验发现,未经老化处理的裸纤在30~40 ℃之间会出现温度拐点,致使温度灵敏系数降低,所以封装之前必须进行老化处理。通过有限元热力分析可知,新型温度补偿膜片在-10~50 ℃之间自身的最大微应变约为0.073 με,受热膨胀系数失配的影响较小,系统的可靠性较高。同时悬臂梁式的缓存结构可使温度补偿光纤在测量过程中不受外界复杂环境的影响,在origin中拟合温度补偿膜片与应变测量传感膜片联合补偿的结果,修正之后线性度可以达到0.9999以上,满量程精度约为0.05%。

设计了一种双环减敏式结构,并对26 mm长的减敏基片进行有限元分析,分别在减敏基片左右端面各施加0.065 mm的拉伸与压缩位移。由仿真结果可得减敏基片的应变减敏比约为3.5,应变测量范围可达到±5000 με,同时可保证减敏基片在其材料的弹性范围内运行,不影响传感器的使用寿命。通过对500 με范围内的双环减敏结构的光纤布拉格光栅传感器进行拉伸实验,实验结果表明该结构设计可使得传感器线性度达到0.999以上,满量程精度约为0.1%。该传感器可实现实时准确的在线监测,系统数据采集迅速、可靠性极高,有望应用于如船舶、桥梁、飞行器等需要对关键结构进行较大应变范围测量的情况。

为了满足对船舶、桥梁、飞行器等的关键结构进行较大应变范围测量的需要，设计了一种应用低温等离子体技术的多环减敏型光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器。对长为30 mm的三环减敏应变基片进行有限元分析，在传感器结构左右端面上各施加0.083 mm的位移，经计算可得，栅区的应变约为1700 με，结构的减敏系数为2.91。在实验中设置两组传感器进行对照实验，采用低温等离子体技术对其中一组传感器的栅区表面进行扫描处理，另外一组栅区不做处理，验证两组传感器在+5000 με以内的传感特性。实验结果表明,等离子体放电扫描处理次数越多,光纤光功率越大。系统平均测量误差约50 με，满量程精度小于0.5%，解决了由于封装过程中栅区端面污染导致的系统标定结果不稳定、线性度差等问题。

设计了一款基于LabVIEW的光时域反射仪(OTDR), 选用1625 nm波长的脉冲激光模块作为光源, 采用高灵敏度雪崩二极管光电探测器和高速数据采集卡, 在LabVIEW集成化虚拟仪器开发环境控制下, 对光信号进行采集、处理和数据存储, 实现光纤在线实时监控。采用数字平均与加权滑动平均相结合的算法, 对返回的背向散射信号进行降噪, 并定量分析了数字平均次数、平滑宽度、平滑类型对OTDR系统信号处理结果的影响, 从而给出一个最佳平滑模型。采用求一阶导数方法并设置导数和幅度双重阈值, 对反射事件点进行定位。采用该系统对实际光缆线路的测试结果表明, 所提出的最佳平滑滤波器与传统平滑滤波器在相同平滑宽度下相比, 动态范围提高了1.1 dB, 信噪比提高了1.25倍。所提定位算法能较准确地定位反射事件点, 表明该算法具有一定的实用价值。