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针对机械设备中存在的部件线振动、转轴角振动和轮齿振动,基于现有光纤光栅传感技术研究现状以及存在的问题,利用双光栅监测的优势,本文开展如下研究工作:1.利用FBG耦合方程的数值积分方法,探讨非均匀温变和非均匀应变对FBG光谱的影响。计算结果表明,在线性温变和线性应变下,FBG反射谱是关于中心波长对称的,中心波长漂移决定于光栅中点的温变和应变,当梯度项增加时,峰值强度下降。当光纤光栅受到二次温变和应变时,其反射谱关于中心波长是不对称的,二次温变和应变系数的正负和大小决定反射谱左右旁瓣的强弱,反射谱旁瓣越大,光栅受到的非线性应变越大。2.设计了对线振动的双FBG强度测量方法。模拟计算表明,在一定的范围内两个普通FBG反射谱主瓣面积与它们的中心波长差成良好线性关系,据此提出了双FBG中心波长差的工作区间。线振动监测实验表明,输出电压信号的幅值与加速度的幅值呈良好的线性关系,电压信号的幅值还与传感器倾斜角度的余弦函数成线性关系,当角度小于15°时,电压幅值的变化不到传感器水平放置时电压幅值的5%。3.将双光纤光栅按照一定角度安装在转轴表面,建立了双光栅中心波长差与转轴的转矩和扭转角的定量关系,双光栅中心波长差随时间的振动曲线可以分解为“直流”分量与“交变”分量之和,其中“直流”分量决定于负载扭矩,而“交变”分量揭示了扭转角振动的存在。将双啁啾光纤光栅安装在转轴表面,建立了双啁啾光栅监测转轴转矩和扭转角的理论表达,监测实验表明,输出电压信号可以分解为“直流”分量与“交变”分量之和,电压信号的“直流”分量反应了负载转矩和对应的扭转角,电压信号的“交变”分量反应了扭转角的振动。4.将双光纤光栅粘贴在轮齿两边缘,通过波长解调方法对轮齿边缘的拉伸和压缩变形及其轮齿角振动进行在线监测实验。结果表明:双FBG的特征波长存在不同的整体波长漂移,显示了齿轮啮合时的温度升高现象;FBG的振动峰值波长与负载力矩在小力矩范围内存在较好线性关系,显示了齿轮啮合时轮齿两边缘的拉伸和压缩变形与负载力矩的依赖关系。