复合材料受到人们的广泛关注,在许多领域中都有大量的应用。树脂基复合材料是应用较多的一种复合材料,分为热固性复合材料和热塑性复合材料。成型过程中,复合材料受到温度、应变及压力等工艺参数影响,脱模后有可能出现翘曲、回弹等缺陷。因此需要一种准确的监测方法对复合材料的成型过程进行在线实时监测,特别是嵌入式实时监测。这为规范成型工艺,稳定成品质量提供了重要参考作用。传统机电式传感器存在尺寸大、响应慢等弊端,不适合嵌入式监测。而光纤光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）有着许多独特的优势:易于复用、重量轻、对复合材料影响小等,十分适合复合材料成型过程监测。本文在普通光纤光栅用于复合材料成型过程监测技术研究的基础上,进一步对特种光栅特性进行了研究并将其应用于热塑性复合材料成型过程监测研究。研究主要分为两个方面:一方面,将特种光栅——聚酰亚胺光纤光栅用于传感以监测成型过程监测;另一方面将特种光栅的高性能光谱用于成型过程光栅反射光信号解调。通过特种光栅的应用使得系统性能进一步提升。相对于其他监测方法,聚酰亚胺光纤光栅传感系统能监测到热塑性复合材料纤维自动铺放原位成型过程产生的350℃以上高温和20000με的大动态应变,温度和应变的监测范围扩大,且使得系统监测精度提高。此外,基于特种光栅高性能谱的信号解调技术使得系统解调速度和性价比大大增加。通过自动纤维铺放工艺（Auto Fiber Placement,AFP）原位成型、热压成型等工艺来制造复合材料结构件。并采用了普通光纤布喇格光栅、聚酰亚胺光纤光栅对AFP工艺制造过程进行嵌入式监测,采用了可调谐F-P滤波解调法和边沿滤波解调两种方法解调光栅波长,根据波长数据计算温度和应变。本文的主要研究内容有:（1）阐述热塑性复合材料成型过程监测必要性,从其成型工艺、应用、研究现状等方面对研究课题基本情况进行总结。（2）介绍光纤光栅发展过程,对光栅温度、应变传感进行理论分析,并对较为常用解调方式原理和特点进行详尽说明。（3）实现了光纤光栅波长的快速解调,解调速率为100Hz。利用聚酰亚胺光纤光栅实现了热塑性复合材料自动纤维铺放原位成型过程中的温度及应变演变变化的实时监测,在整个过程中光纤光栅光谱没有出现变形现象。聚酰亚胺光纤光栅可监测最高温度为400℃,且其监测应变超过20000με。在自动纤维铺放原位成型过程,实际监测到的最高温度为290.23℃,应变最高为509.36με。其监测温度分辨率为0.1℃,监测应变分辨率为1με。通过对整个成型过程的温度、应变变化对热塑性复合材料内部状况进行了分析,并通过用热电偶温度结果与光栅的温度进行对比,结果证明了聚酰亚胺光纤光栅监测热塑性复合材料自动纤维铺放原位过程多参量演变的可行性以及准确性。（4）通过普通光纤光栅实现了复合材料热压成型过程和流体树脂快速固化成型过程的多参量实时监测,采用传统的传感器对其监测结果进行了对比验证。根据光纤光栅监测结果分析了复合材料成型过程中各阶段的内部结构变化。证明光纤光栅对复合材料热压成型过程和流体树脂快速固化成型过程实时监测的可行性。（5）采用特种光栅搭建了基于边沿滤波高效解调的全光纤型光纤传感系统用于复合材料成型过程关键参量的实时监测。通过边沿滤波解调系统对反射光中心波长进行快速解调。分别利用三角形高性能谱光纤光栅和长周期光纤光栅线性边沿,对光纤光栅反射光信号进行强度解调,并将该系统用于温度传感实验。监测结果表明系统输出电压与温度具有良好的线性关系。利用边沿滤波解调系统对复合材料成型过程中进行了监测,并通过对比验证了边沿滤波解调系统的监测准确性。