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光纤光栅(FBG)作为新型的光学传感元件，具有体积小、灵敏度高、对波长可实现绝对编码、易于复用和网络化等优点。这些优点使光纤光栅成为一种理想的传感器件，近年来受到传感领域的青睐。目前光纤光栅的应用多是测量其中心波长在外界变量(应变、温度等)作用下的偏移来测量外界变量，使用这一测量原理是以光栅长度上应变/温度均匀为前提条件的，这使得光纤光栅传感的实际应用受到了限制。
为了扩大光纤光栅的应用范围，本文基于光纤光栅传感理论，研究了栅长、折射率调制深度等光纤光栅参量对光纤光栅的反射强度谱的影响；并应用传输矩阵理论研究了非均匀应变作用下的光纤光栅的反射强度谱。
在此基础上，使用遗传算法与共轭梯度算法相结合的优化算法，结合传输矩阵理论，利用光纤光栅在应变场作用下的反射强度谱为信息，反求了作用在光纤光栅上的应变分布。实验结果表明：该算法具有较高的测量精度，从而实现了从光纤光栅上的平均应变测量到应变分布的测量，提高了使用光纤光栅测量应变的空间分辨率。该项研究对于光纤光栅传感理论和光测实验力学的发展具有理论和实用意义。
许多低温科学与工程领域要求高精度的低温应变测量，如高温超导磁体、航空航天结构等，因而研究光纤光栅的低温应变测量是非常必要的。本文研究了光纤光栅在液氮温度下的应变测量及其温度测量。针对多峰现象，通过光纤光栅传感理论及力学分析，揭示了其形成机理。使用带涂敷层的光纤光栅，避免了实验中的多峰现象。通过实验标定了液氮温度下FBG的应变传感系数，发现与常温下的应变传感系数相同。证明了光纤光栅在低温条件下应变测量的可行性。
为了满足工程应用，本文研究和封装制成了可拆卸式的光纤光栅应变传感器。实验结果表明：可拆卸式的光纤光栅应变传感器有较好的应变传感性能。进一步对传感器的疲劳可靠性进行了实验研究，发现该应变传感器具有长期的性能稳定性。