在重点工程领域,如大型土木工程和航空航天工程中,项目投资金额大,民众关注度高,一旦出现事故不仅会造成巨大的经济损失,还会造成强烈的负面影响。结构健康监测(StructureHealthMonitoring,SHM)是评估工程主体结构运行状况,预防事故发生的重要手段之一,受到业界广泛关注。结构中的形变和损伤可以转化为局部的应变量变化,并通过准分布式系统进行建模识别。而传感器作为整个系统最前端,最基本的元件,其性能关系到整个系统的准确性。光纤传感器由于耐受恶劣环境、体积小、抗电磁干扰、能远距离测量等优点,成为工程中应变测量的重要选择之一。用于应变测量的单个光纤传感元件,大多由于受到材料自身限制,灵敏度难以持续提升。光学游标效应通过两个干涉元件的光谱叠加而产生,由于两元件光谱的微小差异,形成周期起伏的包络,使单个干涉光谱的小范围移动转化成包络的大范围移动,从而实现灵敏度数倍地提高。本文中主要对基于游标效应的并联型光纤应变传感器进行优化设计,以使其达到更佳的性能。具体研究内容如下:(1)提出一种基于游标效应的低温度串扰光纤应变传感器。通过对传统并联型游标效应传感器进行改进,将参考臂应用于温度测量过程中,以达到降低温度灵敏度的作用,从而抑制温度串扰的影响。试验结果显示,该传感器在不影响应变测量性能的同时,能够有效降低温度串扰,最低可达0.09με/℃,相较于原并联型结构降低84%。(2)提出一种基于双臂游标效应的高灵敏度光纤应变传感器。在并联型游标效应传感器中引入菱形框架结构,将两臂分别安装在菱形的两条对角线上。当传感器感受到应变变化时,两臂的光谱向相反的方向移动,从而获得较大的相对偏移,使得该传感器相较于并联型游标效应传感器有着更大的放大系数。实验结果表明,该传感器的放大系数为26.6,而使用相同法布里-珀罗腔制作的并联型传感器的放大系数为6.8,相比之下有将近4倍的提升。由于传感器的自由光谱范围没有改变,但提高了放大系数,这样的特性有利于在控制设备成本的情况下有效提升灵敏度。(3)提出一种在解调端通过软件手段实现传感器游标效应的方法。该方法使用人为生成的周期信号代替参考臂实体的光信号,产生同样的增敏效果。由于不再需要参考臂,传感器的制作过程得以简化,因此可以起到节约成本的作用。并且通过改变生成信号的参数可以实现传感器灵敏度的可调节功能。