航空飞行器作为国家综合实力和军事实力的体现，在现代战争中的地位越来越重要，它在预警、侦查、反坦克、防空、电子作战、空中指挥等系统中发挥着越来越大作用，飞行器己成为取得战争主动权的最重要的武器，对战争的进程和结局将产生重要乃至决定性的影响。但是由于飞行器的结构十分精密而复杂；经常工作在各种恶劣的环境中；以及高超声速的飞行等，导致其出现故障的机率增加。因此飞行器的结构安全监测问题成为一项非常必要和迫切的任务。目前现役飞行器上的压力检测采用直读式压力表或通过压力传感器／信号器进行远距离测量和控制，温度检测和控制采用温包、热电偶、热电阻、双金属片等，这些传感器一般基于电阻或电感测量原理，它们感受温度和压力后通过电缆将电信号传递给对应的指示仪表或其他系统。这一类机电传感检测方法极易受到恶劣飞行环境的影响，导致温度和压力的检测精度低、测量误差大、可靠性差、易受电磁干扰等。光纤光栅传感器具有传统机电传感器不可比拟的优点如重量轻、体积小、精度高、传感信号为数字、抗电磁干扰、防爆且易于引入综合处理器对信号进行集中处理等等，非常适合航空飞行器的结构安全监测。本论文在国家自然科学基金(60537050)以及国防科工委预研项目的支持下，从基础理论、基本实验研究了光纤光栅传感技术及其在恶劣航空飞行环境中的应用。目的是研制出光纤光栅温度和压力等传感器及其所构成的健康监测系统，并实现其在航空飞行器中的应用。本论文重点研究了裸光纤光栅、镍管镀金光纤光栅和细不锈钢管封装的三种不同形式的光纤光栅温度传感器的低温特性，前两种光纤光栅的波长在整个温度变化区间具有良好的线性，镍管镀金光纤光栅解决了航空飞行器在低温恶劣飞行环境中应用问题。同时对细不锈钢管封装的光纤光栅的中心波长突变温度点与其它温度点的反射光谱进行了研究，并详细阐述了突变的原因。航空发动机燃气温度可达到1400℃，现有的各种高温传感器自身存在许多缺点和不足，对光纤光栅高温特性提出了需求。本文对由通讯光纤、高掺硼和高掺锗光纤制备的三类光纤光栅镀金后的高温特性进行了研究，为光纤光栅在高温环境中的应用提供理论依据。实验发现升高到一定的温度时，光纤光栅被破坏即被擦除，并且不同类型的光纤刻写的光纤光栅其失效温度各不相同，同时对光纤光栅高温失效机理作了理论上的解释和分析。本文还分析了各种结构的光纤光栅压力传感器受力状况和位移形变，通过优化设计确定了传感探头的几何形状和规格。提出了采用膜片制作光纤光栅压力传感器并对基于膜片的不同结构光纤光栅压力传感器进行了高低压性能试验，同时分析了它们各自的优缺点。讨论了强电磁场和剧烈振动等恶劣飞行环境下，光纤光栅敏感压力探头的设计以及关键问题的解决方法和途径。针对航空飞行器恶劣的飞行环境以及其自身结构特点，提出了采用适当的结构和材料以及与软件相结合的方法进行温度补偿，从而真正达到消除温度影响的目的。并研究了光纤光栅压力传感器的线性度、灵敏度、重复稳定性以及疲劳性能。由于航空飞行器经常处于强振动、高冲击、高过载等十分恶劣工作环境，要求航空机载设备具有很高的可靠性、灵敏度以及卓越的性能。本文还探讨了采用基于DSP的解调方法解决了航空飞行器现有的电类振动传感器易受电磁干扰、无法测量高频信号等问题，提高解调系统可靠性、稳定性以及精度。特别是遇到紧急情况时飞行器能迅速作出反应，避免各种事故的发生。