高超声速飞行器技术属于未来航空航天领域的前沿,而超高温环境下的温度、应变和压力等参数的原位、实时测量对于高超声速飞行器的安全运行至关重要。通过耐高温光纤传感技术,评估其在地面高温试验及实际飞行中机体热防护结构的温度分布、力学特性及压力分布情况,对高超声速飞行器的设计及性能优化具有重要的意义。因此,本论文主要针对基于光纤传感技术的高超声速飞行器表面温度、应变和压力传感监测开展研究工作。论文主要研究内容包括:1.研究基于光纤光栅的高温传感特性。从光纤光栅原理入手,分析了光纤光栅的布拉格条件、诱发的折射率变化和光栅的反射率计算,研究了RFBG、Ⅱ型FBG和ⅡA型光纤光栅三种不同类型的耐高温光纤光栅,分别从成栅机理、制备方法及耐温特性进行了分析。对光纤光栅中心波长与温度、应变参数之间的函数关系进行了研究。通过实验及对比分析了RFBG、掺锗纤芯Ⅱ型FBG和纯石英纤芯Ⅱ型FBG的高温传感特性。结果表明,再生光栅和Ⅱ型FBG都能够满足1000℃的温度传感测试需求。其中,RFBG通常需要光纤载氢、去涂覆及后续的高温热退火处理,从而降低光栅的机械强度;而Ⅱ型FBG无需上述步骤,当温度高于800℃时,相比纤芯掺锗Ⅱ型FBG,纯石英芯Ⅱ型FBG具有更优异的温度稳定特性。2.建立了光纤光栅高温应变测试系统,对再生光纤光栅和Ⅱ型光纤光栅的高温应变特征进行了实验研究。测试结果表明,再生光栅和Ⅱ型光栅均能实现600℃以下的应变测量;当温度高于700℃时,温度和应变的共同作用导致光纤粘度降低,导致光纤光栅的波长稳定性变差。实验证实了纯石英芯Ⅱ型光栅的高温应变性能明显优于锗芯Ⅱ型光栅。从光纤光栅与被测结构结合方式出发,对比分析了表贴式光纤光栅、基片式光纤光栅和夹持式光纤光栅三种不同封装方式对应变传递效率的影响。提出了基于保偏再生光栅的温度应变解耦技术,实现了温度和应变的同时测量。3.研究基于蓝宝石腔非本征型法珀干涉结构的耐高温光纤压力的传感器的传感理论、结构设计和制备方法。研究分析了压力敏感元件的传感机理以及蓝宝石晶片的设计参数与压力灵敏度之间的关系。提出了基于蓝宝石腔的非本征型光纤法-珀压力传感器,研究基于光纤与蓝宝石热膨胀系数差异的温度减敏封装方法,实现了蓝宝石腔的非本征型光纤法珀压力传感器的制备。4针对制备及封装后的光纤温度传感器、表贴式光纤应变传感器和蓝宝石腔的光纤压力传感器,分别构建了相应的实验系统并进行了传感特性测试。实验结果表明,纯石英-刚玉陶瓷管封装的光纤光栅温度传感器能够实现上限达1000℃的温度测量,测量精度优于±3℃;表贴式封装光纤应变传感器400℃时的应变测量结果与引伸计测量结果一致;建立了针对蓝宝石腔光纤法珀传感器的压力测试系统,在室温至800℃范围内,对传感器静态压力灵敏度、分辨率等参数特征进行了测试,能够满足800℃以下的压力传感需求。