光纤布拉格光栅(FBG)传感器被认为是21世纪最有前途的光纤传感器件,作为新型的光纤传感器件,它除具有光纤传感器的优点,如抗电磁干扰、本质安全等,还具有许多独特的优势:传感信息量波长调制,不受光源光强波动、线路损耗的影响,传感重复性和稳定性好,可方便地实现网络化测量;其自参考特性使它能够实现绝对测量。在缓变参量测量和网络化传感技术都已经比较成熟,并且已得到了广泛应用。而在许多场合,非常需要用FBG传感器测量快速、瞬态应变或振动。如大型电力设备正常运行时的电磁振动和故障状态下的瞬态结构应变,由于特殊的电磁环境,以前无法实现测量;对防爆条件要求苛刻的化工设备故障、储油罐或石油管道的泄露诱导的瞬态应变或振动监测;需要长距离传输测量信号的海底缆线、石油管道的健康状况监测;用FBG实现加速度传感;FBG传感器用于分析弹道测试引起的环境波动和在破坏性实验结构破坏引起的振动波等。上述扰动的幅度和频率信息对研究结构的健康状况、安全性、稳定性和完整性尤为重要。用FBG测量快速或瞬态应变,需要高速波长解调方法。这类事件的特点是频率高,或持续时间短,利用目前常用的扫描解调方法,如法-珀干涉仪,其扫描频率才千赫兹,根本无法实现千赫兹及以上的解调。不用扫描的无源自参考解调技术为高速解调的理想选择。本文的主要工作是FBG动态应变测量的波长-光强转换方式解调方法的理论分析和实验研究。该方法虽在文献中已有报道,但很多理论和实践问题没有得到很好的解决,已报导的瞬态应变和振动测量的精度不高、频率较低。针对目前存在的问题,本文分别利用FBG和CWDM光学带通滤波器的边沿和非平坦化的ASE功率谱的单调区间实现对传感FBG的波长解调。建立了光学带通滤波器边缘相关解调方法的解调关系。基于该解调方法,分别设计、实现了三种FBG动态应变波长解调系统,对系统特性进行了全面评价。针对系统存在温度波动造成系统无法工作问题,提出并实现了基于PID的工作点自动跟踪系统的解决方案。同时实现了动态应变和温度参数同时测量。用多项式拟合相关解调特性曲线,实现了非线性系统测量动态应变波形重建,有效的减小了非线性失真。本文的主要工作有:1.鉴于光学带通滤波器边缘相关技术是非常理想的FBG中心波长宽带解调技术,深入研究了基于FBG光学带通滤波器边缘的相关解调方法。建立了光学带通滤波器边缘相关解调关系。利用FBG光学带通滤波器边缘相关解调方法,设计并实现灵敏度高、频带宽、响应时间短的FBG动态应变波长解调系统。针对FBG边缘相关解调方法解调特性曲线的非线性,非线性失真随被测量的增大而增大,提出用多项式拟合相关解调传递特性曲线,根据系统输出波形实现动态应变波形重建,实时求解被测应变,减小了非线性失真。在时域和频域分析了系统输出及经波形重建后的应变波形,结果显示被测应变的非线性失真得到明显改善。利用PZT作为瞬态应变模拟器,评价了该相关解调系统的动态响应特性。2.基于FBG光学带通滤波器边缘的相关解调方法实现的系统的动态范围小,针对匹配FBG制造困难和温度造成的匹配光栅失配问题,提出参考FBG波长自动跟踪方法,该方法大大降低了对匹配FBG制造技术的要求、提高系统温度稳定性。使系统在宽温度范围内正常工作。并实现动态应变和测量点温度同时测量。3.提出利用FBG边缘相关波长解调法的高灵敏度,开发了基于等应变梁的高谐振频率、高g值的加速度传感器,具有广阔的应用前景。4.设计用粗波分复用器(CWDM)作为相关滤波器及采用非平坦化ASE光源的边缘实现FBG传感宽带解调系统,实现大测量范围和温度稳定性好的动态应变测量系统。进行了系统的特性和应用研究。