由于具有抗电磁干扰、灵敏度高、便于成网、尺寸小、易于埋放以及能够在高温等恶劣环境下工作等特点,光纤传感系统可以埋放于复合材料中构成智能结构。光纤智能结构可以实时探测结构内部的损伤情况,从而能够对结构进行监测和寿命预测。然而埋入的光纤不仅起感知内外部环境变化的作用,同时还要受载荷作用,此外,光纤的埋入会在一定程度上损坏基体结构材料的完整性和连续性,因此很有必要将光纤当作内置材料,研究光纤与基体材料之间力学性能的相互影响问题。论文研究光纤与纤维增强材料及基体之间形成的界面,研究了界面对光纤智能复合材料结构力学性能的影响。提出了提高界面强度和改善界面结构的方法,其中措施之一就是采用小直径光纤构建智能结构,因此论文还研究了小直径光纤的制作和其传感性能,并将其应用到复合材料监测中。文中主要研究工作有以下几个方面:(1)研究了光纤智能复合材料结构的宏观力学性能。实验研究了光纤智能复合材料结构的拉伸性能和弯曲性能,分析光纤对材料力学性能产生影响的因素,提出光纤埋入时,应尽可能避免光纤方向和增强纤维铺设方向正交,以达到优化结构提高性能的目的,为光纤智能复合材料结构制作提供了实验数据参考。(2)从细观角度出发,设计了实验方案,研究了光纤和基体材料间界面剪切强度,并从界面处理角度,提出采用偶联处理方法来提高光纤智能复合材料结构力学性能的方法。界面实验研究结果表明,无机材料光纤和聚合物材料间界面剪切强度低,结构承载时易发生界面破坏,从而降低整体力学性能。压缩性能实验对比结果表明,通过偶联剂的媒介作用,使光纤和有机材料(即光纤涂覆层和树脂材料)间的界面形成化学键,可以大大提高黏结强度,从而有效提高光纤智能复合材料的力学性能。(3)研究了光纤与复合材料之间界面结构,分析了界面结构尺寸与智能复合材料结构力学性能之间的关系。提出可通过减小埋入光纤尺寸,从而减小其和基体间界面尺寸,降低界面尖端应力奇异值,达到提高整体性能的目的。(4)研制了小直径光纤Bragg光栅,并对其应变传感和温度特性进行了实验研究。根据耦合模理论,对光纤Bragg光栅的光谱进行了仿真。研究了光栅长度与折射率调制周期改变情况下,FBG的反射、透射光谱,为光栅传感特性的研究提供了理论基础。设计了小直径单模光纤加工布拉格光栅的技术参数以及小直径光纤光栅和设备间连接方式。由于光纤Bragg光栅中心波长的变化量与应变变化或温度变化成线性关系,所以可以通过监测光纤Bragg光栅中心波长的变化来监测结构的应变和温度。为了克服温度和应变对光纤Bragg光栅测量的交叉敏感性,设计了基于悬臂梁的双光栅传感系统。(5)研究并证明了小直径光纤Bragg光栅的动态信号监测功能。设计实验,利用小直径光纤光栅检测铝板振动信号和碳纤维层合板冲击信号,实现了动态信号的频率识别,并利用支持向量机方法对层合板上作用载荷位置进行判别。