光纤光栅具有体积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、极化不敏感、易于与光纤系统连接、便于使用和维护、带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、耦合性好、可与其他光纤器件融成一体等特性，而且光纤光栅制作工艺比较成熟，易于形成规模生产，成本低，因此它具有良好的实用性，其优越性是其他许多器件无法替代的。这使得光纤光栅以及基于光纤光栅的器件成为全光网中理想的关键器件[4]。

1。2  研究目的和意义

目前发展最快的光学测试运用光学手段可以直接反映或分析结构内部或表面的应力、应变、位移和振动等力学变化。其发展又主要分为现代光学测量和计算机图像处理两种，两者都是利用光照和/或图像变化进行测试，因此同属于光学测试类。在具体测量过程中，计算机图像处理主要应用数字图像处理技术，通过图像匹配、图像分类等算法进行测量结果分析；而现代光学测量技术主要利用材料本身的光学特性，例如光纤光栅传感技术[5-7]，通过对测量结果进行光学物理分析以实现应变测试。两类方法的测量原理不同，因此也常常被看作完全不同的测试方法。

光纤光栅的传感机理有应变引起的弹光效应和形变、温度引起的热光效应和形变、折射率引起的有效折射率变化和磁场引起的法拉第效应等。由于它具有波长解调特性，及传统光纤传感器的优点如灵敏度高、重量轻、成本低、抗腐蚀、耐高温、易于操作等，同时还具有许多优于传统光纤传感器的独特优点，如波长编码、具有自参考功能、波分复用、可构成大范围准分布式光纤传感网络等，光栅光纤传感器被广泛应用于各类应变测试场合。自1989年，美国的W。W。Morey等人[8]首次进行FBG（Fiber Bragg Grating光纤布拉格光栅）的温度与应变传感研究以来，全世界的科学研究者都对其进行了广泛的研究应用。论文网

本课题旨在将光纤传感技术应用于应变测试，当外界参数如应变作用于光纤，会有效改变光场本身的参数[9]，比如功率、频率、波长和偏振态等，通过测量光场参数的变化，然后进行光信号解调[10]，通过解调得到的数据可以较为准确地计算出工件受力大小，从而为工件或者材料的结构强度和刚度设计或者疲劳分析提供重要参考依据。

1。3  国内外研究状况

1。3。1  国外研究状况

1。3。2  国内研究状况

1。4  本文的主要内容和结构

针对实际工程的需要和目前研究中仍存在的问题，本文主要以光纤光栅应变测试技术为研究对象，通过实验室等强度悬臂梁实验测试，对光纤光栅在应力测试领域的测试方法、基本特性及其工程应用等进行实验研究。本文主要结构如下：

第一章 绪论。主要介绍了应变测量的研究背景，研究目的和意义，以及国内外的研究现状。研究现状主要针对目前工程常用的三种应变测试方法，分别是基于电类应变测量方法、基于数字图像相关的应变测量方法和基于光纤传感技术的应变测量方法。

第二章 基于光纤光栅传感的理论研究。主要包括光纤传感的理论研究，包括光纤光栅测试原理、光纤光栅主要结构、光纤光栅传感器的工作原理（应力、温度、压力、应变和温度交叉灵敏度）。

第三章 应变测试实验。设计并进行等强度悬臂梁实验。在同等实验条件下采集测试电类应变传感器、数字图像应变测试和光纤光栅应变测试的实验数据。通过对三组实验数据分别进行数据分析和比较，得出关于不同应力测试方法的特性分析结果。

第四章 测量不确定度分析。阐述了不确定度的概念和分类，介绍了测量不确定度评定的一般步骤，并以此对基于光纤光栅的应变测量进行不确定度分析。