新一代光纤传感网络的发展趋势是大容量、长距离和高精度。本课题主要研究大容量光纤光栅传感网络的高速解调方法与关键技术。2013年,我们课题组成功实现拉丝塔在线制备的无焊点光栅(反射率<-50d B),解决了传感基元的问题,避免了光栅大规模组网过程中传统串接方法存在的损耗大、强度低等缺陷。因此,研究适用于波分/时分复合组网下微弱传感信号的高灵敏度和高速度的有效解调是当前亟待解决的关键问题。提高光纤光栅传感网络的复用能力和传输距离要求更低反射率光栅。围绕基于波分/时分混合复用的大容量超低反射率(超弱)光纤光栅传感网络解调所存在的关键问题,本课题从研究超弱光栅阵列各噪声干扰的数学模型出发,研究超弱光纤光栅阵列的光谱特性和解调电信号特性以及光学噪声产生机理、叠加效应及其消除方法。在此基础上,研究超低反射率光纤光栅传感系统中干扰信号的形成机制,实现干扰信号的分离方法,最终实现大容量超弱光栅网络中传感信号的高精度和高速解调。全文的主要研究内容及成果如下:(1)理论研究并仿真了超弱光纤光栅的传感性能。结合光纤光栅的耦合模理论和依据光纤光栅的计算方法,推导超弱光纤光栅的反射光谱表达式,并利用仿真工具从理论上研究其特性。(2)实验分析和对比单根光纤上复用不同反射率的光纤光栅时传感器反射光功率的衰减特性。同时研究反射光经过光电转换之后的电信号,结合超弱光栅阵列中干扰数学模型分析大容量超弱光纤光栅阵列的传感特性。(3)对比研究现有大容量光纤光栅传感阵列的组网后的各种解调方法的优势及其局限性。为了减少光纤光栅阵列的串扰与噪声,根据超弱光纤光栅阵列的传感特性,采用相移脉冲高速成像光谱解调方法实现大容量光纤光栅的高速解调。解调方法在于控制选择传感阵列中单个光栅的传感光脉冲信号,分离抑制干扰噪声,极大减少处理传感数据量。并且开发了系统原型样机,详细分析了系统控制策略和核心算法性能,实现高速解调方案。(4)为了进一步研究其性能,详细研究了光纤光栅传感阵列的光谱阴影效应、光栅之间的串扰以及光信道噪声。实验上分别进行基于超弱光纤光栅传感网络的形变和温度的测量,其测量性能和同等条件下普通光栅表现基本一样。(5)提出一种基于超弱光纤光栅传感阵列的光栅反射率的现场在线测试方法。本方法不需要额外的实验仪器和人工参与,测量的速度和系统的解调速度几乎一致,对于光纤光栅的在线制备及应用系统性能长久监测有着重要的意义。(6)为了进一步提高其工程应用范围,研究了一种可以通过实时改变传感信号放大倍数的方法,使本系统可以适应各种不同反射率的光纤光栅阵列。在此基础上提出一种自适应式补偿光纤光栅传感信号反射光功率的方法。克服单根光纤上光栅反射率的不一致导致光栅反射传感信号的波长无法拟合。从而保证光纤光栅阵列上所有光纤光栅反射的传感信号映射到最佳采样窗口,进一步提高系统的稳定性,为本系统商用化和实用化提供强力支撑。