本论文的研究课题来源于国家自然科学基金重点资助项目:机敏混凝土及其结构(项目编号:50238040)。 光纤传感器具有信号探测和传输功能,在智能高速公路水泥结构、智能建筑、桥梁和飞机蒙皮等方面有广泛的应用。光纤传感器可以用来探测应变、温度、位移、化学物质浓度、加速度、压强、电流、磁场以及其他一些信号,是迄今为止发展最为成熟的纤维传感器。 在用光纤传感器进行应变测量时,多用的是光纤的轴向应变响应,忽略了横向效应的影响。本文从光纤的横向效应入手,从实验和理论上开展了对光纤传感器应变测量、封装以及标定等若干问题的研究。 1、实验验证了光纤横向效应的存在。设计加工了一套能产生单向应变场的实验装置,从而考察了光纤光栅在仅受到横向应变时布拉格波长发生的变化,并对比光纤布拉格光栅的轴向应变响应,结果表明光纤布拉格光栅横向应变响应的存在。 2、理论推导出光纤横向效应所带来误差的误差修正公式。结合材料力学和光纤光栅应变响应公式,推导出光纤横向效应的误差修正公式,并通过实验研究和探讨了光纤传感器安装方位和安装误差对应变测量结果的影响。讨论了如何用光纤布拉格光栅应变花来确定平面应变状态下测点的主应变方向及大小,导出了各类光栅应变花的应变修正公式。 3、制作了一种铝片封装的光纤传感器,并通过试验研究了其应变和温度响应特性。所制作的光纤传感器用铝片和树脂封装,在实验条件下对其进行了拉伸,研究了其应变响应特性,在水浴中对其进行了温度试验,研究了其温度响应特性。制作了一种钢管封装的光纤温度及温度增敏传感器,并对其作了温度标定,结果表明传感器能够较好的排除应力应变的干扰。 4、结合一种二维光纤传感器的应变标定,研究了光纤传感器应变标定所要注意的一些问题。对二维光纤传感器采用不同的方法进行应变标定,得到的结果有差异,想要得到比较准确的标定结果,标定试验环境必须与实际测量环境相同或者相近。同时用高精度的材料试验机对裸光栅进行拉伸,得到裸光栅的应变——波长响应曲线。