光纤布里渊传感中, 本征存在的由温度和应变交叉引起的判断模糊问题, 一直是光纤分布式传感领域的研究热点。针对这一问题, 总结了四类解决方法: 铺设参考光纤、双参量矩阵方程测量、双物理效应结合及特种光纤判别。对每一类解决方法的原理、系统、传感性能及特点进行了分析, 并对各种方法进行了讨论、对比与评价。最后总结并展望了解决交叉敏感问题的研究方向。

光纤传感器固有的交叉敏感问题一直是光纤传感技术应用中亟需解决的问题。提出了一种多目标粒子群优化(MPSO)解调算法, 分别讨论了2个光纤布喇格光栅(FBG)中心波长在相同与不同的传感系统中的解调情况, 以及不同反射率对解调结果的影响。该算法不仅具备较高检测精度(温度测量精度为0.1 ℃, 应变精度为0.5 με), 而且系统结构简单、易于实现, 对FBG的材料、结构、中心波长及反射率无严格限制。

提出一种集温度、压力和流量多参数同时测量的新型光纤传感器，并对其原理和结构、工艺设计展开研究工作。采用靶式与悬臂梁结构相结合的机敏结构、薄壁压力应变筒结构等集成在同一传感器探头上，并利用四只光纤光栅使得温度、压力和流量三个参数得以同时检测。利用光纤光栅两两之间波长移动量“相差”或“相和”，使温度与流量、压力交叉敏感问题得以解决。同时开发了光纤传感器标校系统，这一系统可以较准确实现对所研发的多参量一体化传感器的测试结果进行检测和标校。

提出了一种基于预应力的超低温漂光纤光栅封装方法并进行了实验测试, 通过分析光纤光栅的应力和温度交叉作用的原理, 结合硬铝材料和石英管材料不同的膨胀系数, 在光纤光栅上施加预应力的结构来解决光纤光栅温度补偿问题; 通过设计和制作含预应力的封装结构产生负温度效应的方法, 使封装的光纤光栅实现光纤光栅中心波长超低温度漂移。实验结果表明: 在温度为20~80℃的测试范围内, 这种封装结构可实现光纤光栅0.0002nm/℃的超低温度漂移, 而且具有良好的稳定性和一致性。

设计了一种分离型光纤传感增敏结构,并联连接两个腔长相近的法布里-珀罗(F-P)腔。理论分析了此结构的增敏原理并制备了两组增敏结构。实验结果表明,增敏结构的压强灵敏度值由单F-P结构的4.85 nm/MPa提高到43.95 nm/MPa,温度灵敏度由单F-P腔的0.0675 nm/℃提高至0.40364 nm/℃,在相同温度下采用双腔结构可消除温度交叉敏感对测量结果的影响。此结构克服了集成式增敏结构的缺陷,在不影响原传感器结构的情况下提高了灵敏度,且可通过更换辅助腔来调节灵敏度,具有移植性好和交叉敏感小等优势。

为了克服折射率测量过程中温度交叉敏感的影响, 提出并制备了一种少模光纤长周期光栅传感器.该传感器利用CO2激光器在少模光纤上先写入周期为654 μm、长度为30 mm的长周期光栅, 然后用旋转平台将光纤旋转180°, 再写入相同长度周期为819 μm的长周期光栅制作而成, 其传输光谱在1 487.2 nm和1 533.0 nm处出现两个由不同模式耦合形成的谐振峰, 通过监测两个谐振峰差值的变化减少温度串扰, 实现折射率的测量.实验结果表明：两个谐振峰差值在折射率1.333 3~1.376 6范围内的灵敏度为143 nm/RIU, 在温度20~70 ℃范围内的灵敏度为-0.002 5 nm/℃, 温度灵敏度远低于折射率灵敏度, 具有对温度不敏感的特性.与传统光纤传感器相比, 该传感器具有温度干扰小, 折射率灵敏度高等优势, 并且尺寸较小、结构紧凑, 可在工业、水利、医学等领域广泛应用.

为提高现有光纤pH值传感器的检测灵敏度和检测范围, 降低弯曲以及温度交叉敏感的影响, 提出以pH值敏感型智能水凝胶为敏感膜的细直径极大倾角光纤光栅(Thin Excessively Tilted Fiber Grating, Thin-Ex-TFG)pH值传感器。理论上分析了影响传感器灵敏度的因素, 研究了提高传感器灵敏度的方案。然后, 制作出不同封装厚度的Thin-Ex-TFG pH值传感器, 进行实验研究。实验结果表明: Thin-Ex-TFG pH值传感器相比基于光纤Bragg光栅和长周期光纤光栅的pH值传感器, 检测灵敏度(最大可达-0.704 nm/pH)和响应范围(pH值2~7)均有提高; 与标准直径极大倾角光纤光栅相比, 其检测灵敏度也有所提升。此外, 增加水凝胶涂覆厚度或减少光纤光栅包层直径均能有效地提高pH值检测的灵敏度, 实验结果与理论分析吻合。

应变和温度等外界因素的变化会使光纤布拉格光栅(FBG)反射波的中心波长发生漂移。在应变传感测量中，根据中心波长的漂移量无法直接得到对应的应变量，这种应变和温度交叉敏感的问题严重制约着FBG传感器的测量精度和应用，阻碍了传感监测技术的实用化。为了消除温度的影响，各国研究人员根据不同算法、材料、封装结构等提出了多种解决方案。根据对温度的不同处理方法，将这些解决方案分为温度分离法和温度补偿法，并分析了每种方法的优缺点。

设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的弯曲靶式流量传感器, 采用COMSOL软件仿真了弯曲靶臂受力时的应变分布规律, 并将两支FBGs分别粘贴于靶臂的外侧和内侧进行应力测试, 仿真与实验结果表明在外力作用下靶臂外侧和内侧分别产生拉应变和压应变, FBGs反射中心波长产生红移和蓝移。同时, 测试了该结构的温度特性, 在20 ℃~40 ℃两支FBGs反射中心波长均与温度呈线性关系, 从而可消除温度对测量结果的影响。随后搭建了弯曲靶式FBG流量传感器测量装置, 在0~800 L/H范围内的测量结果表明, 两支FBGs反射中心波长与水流量呈较好的线性关系, 其流量灵敏度为48 L/H。

对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。