本文针对光纤光栅（Fiber Bragg Grating,简写为FBG）传感技术的工程应用需求,开展了特殊环境下FBG传感相关技术与高速解调方法的研究。提出了一种基于光延时微波实时相位检测（optical true time delay microwave phase detection,简写为OTTD-MPD）的FBG高速、高分辨率解调方法,将微波光子学中的实时相位检测方法应用于FBG解调;针对特殊环境下的工程应用,提出了全镀工艺的全金属无胶化抗啁啾（All-metal Non-gelatinized Anti-chirp,简称AM-NG-AC）FBG封装方法,实现了FBG传感器全温（-192～140℃）条件下AM-NG-AC封装;开展了基于FBG的特殊环境长度检测方法的研究,并根据FBG长度检测理论,研制了两种不同应用背景的基于FBG的盾构机刀具磨损检测传感器以及刀具磨损解调系统,实现了盾构机刀具磨损实时多通道检测;开展了基于FBG的特殊环境弯曲检测方法的研究,并根据FBG弯曲检测理论,设计了一种新型基于嵌入式半剖应力管的光纤布拉格光栅-光学相干断层扫描（Fiber Bragg Grating-Optical Coherence Tomography简写为FBG-OCT）导管,用于实时恢复血管内OCT三维形貌。论文完成的主要工作:1.系统研究了FBG解调相关理论,特别是高速、高分辨率解调相关理论。结合微波光子学以及色散延迟相关理论,提出了一种OTTD-MPD方法,实现了FBG高速和高分辨率解调。实验结果表明,OTTD-MPD解调系统在群速度色散为79.5ps/nm,射频本振信号频率为40GHz时,FBG解调测量分辨率为0.8pm,解调速率10K/s以上。2.系统研究了用于特殊环境的FBG全金属无胶化抗啁啾（AM-NG-AC）封装方法。分别使用化学镀和蒸发镀的方法对FBG进行金属化,通过测试金属化FBG的温度传感性能,分析了两种金属化FBG方法的结构稳定性和温度稳定性。实验结果表明,封装好的基于铝基底的AM-NG-AC封装结构,不仅实现了FBG的保护性封装,还使封装后FBG达到了30.8pm/℃的温度灵敏度,并实现了液氮条件下无啁啾以及0.3pm/℃低温重复稳定性。3.开展了基于FBG的特殊环境长度检测方法的研究,建立了基于FBG的长度检测理论模型以及分析方法。根据FBG长度检测理论,提出了两种基于FBG的盾构机刀具磨损检测方法。本文综合了FBG功率检测以及波长编码的优点,提出了FBGA的盾构机刀具磨损检测方案,降低了对反射谱功率的检测要求,FBGA方案既满足磨损检测精度的要求也实现了大温度范围磨损测量。CFBG方法采用单根光纤,传感器体积小,适合应用在盾构机小刀具磨损检测,实现了1mm检测精度以及20～80℃的磨损端面温度范围;FBGA传感器方法,能够适应主推进刀头的1mm检测精度以及20～200℃磨损端面温度范围需求,并能适应坚硬地质带来的温度骤变。4.开展了基于FBG的特殊环境弯曲检测方法的研究,建立了基于FBG的弯曲检测理论模型以及分析方法。根据FBG弯曲检测理论,研制了一种新型FBG-OCT导管,通过FBG应变的周期变化获取血管曲率和弯曲方向实时恢复血管三维形貌。血管假体恢复实验重建了带有弯曲信息的血管假体三维形貌。实现了血管弯曲半径200mm以上的,OCT转速100转/s的血管内OCT三维形貌恢复。