结构健康监测系统是指一种实时在线的监测系统，能够对结构的工作状态和健康状况做出及时诊断，增加结构服役过程中的可靠性，提高服役寿命，同时降低维护费用，为复合材料的安全服役提供了一种有效的评价方法。 本文采用光纤布拉格光栅传感技术，实现了复合材料壳体结构服役期间的在线健康监测，获得了复合材料壳体在各个阶段的刚度衰减历程。围绕着这一主题，本文开展了以下几方面的工作： 1.研究了光纤布拉格光栅在低温环境和高温环境下的应变和温度传感性能。在-150℃～550℃范围内，光栅的波长变化量与温度是非线性关系；在此温度范围内的任一恒定温度时，0～6000με的应变范围内，光栅的布拉格反射波长与其纵向应变表现出良好的线性关系；应变灵敏度和交叉灵敏度是温度的函数，温度越低，应变灵敏度系数越大，交叉影响越显著。 2.从理论和实验两个方面分析了布拉格光栅型氢传感器、悬臂梁型氢传感器和光强型氢传感器的工作原理和响应特性，在0.5～4％的氢浓度范围内和0～90℃的温度范围内研究三种传感器的氢敏感性，确定了对传感器响应性能影响较大的因素：环境温度，钯薄膜与光纤的厚度比或钯薄膜与悬臂梁的厚度比，悬臂梁的长度。同时，考虑了环境对传感器氢敏感性的影响，长期放置在空气中将会降低传感器的氢敏感性。理论预测的由氢吸附所引起的最大波长漂移量与实验结果比较一致。研究了钯薄膜与衬底材料的溅射制备工艺，利用衬底层材料解决了钯薄膜与基底间界面结合力不足的问题。 3.采用有限元法对带有金属内衬的复合材料壳体进行分析计算，得出了结构在不同压力状态下的应力应变分布与损伤的特点，据之设计与优化了健康监测的目标与方案。 4.利用布拉格光栅传感器、声发射传感与传统的应变三种监测手段，监测了复合材料壳体在服役过程中的循环应变变化与损伤发展演化规律；以复合材料损伤机理和剩余刚度衰减模型为基础，获得了复合材料壳体在各个阶段的刚度衰减历程，实现了壳体服役期间的在线健康监测。在研究过程中发现了光纤光栅的一些应用特点：光纤光栅的抗疲劳性能好，能够精确测得加/卸载过程中结构的应变变化；布拉格波长变化量与壳体的内压之间具有良好的线性关系，光纤光栅可以作为压力传感器使用；布拉格波长在应力梯度较大的区域出现了波峰的分岐现象，光纤光栅可以用于非均匀应变场的测量。同时，采用声发射技术监测壳体的水压实验过程，将声发射结果与光栅传感器监测结果进行了相互比较和验证。