1 引言
光纤传感技术是继电测技术之后传感技术发展的新阶段。相对于机电类传感器，光纤传感器具有很多优势，如：体积小、重量轻、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、灵活方便等。以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)为主的光纤光栅传感器，除了具有普通光纤传感器的优势之外，还有一些特别的优势，最主要的是传感信号为波长调制以及复用能力强。其好处在于：测量信号不受光纤弯曲损耗、连接损耗、光源起伏和探测器老化等因素的影响;避免了干涉型光纤传感器相位测量模糊不清等问题;在一根光纤上串接多个布拉格光栅，把光纤嵌入(或粘于)被测结构，可同时得到几个测量目标的信息，并可实现准分布式测量。广泛应用于对工程结构的应力、应变、温度等参数以及对结构变形、裂缝、整体性等结构参数的实时在线监测[1,2]。
应变是材料与结构的重要物理特征参量。结构监测的前提是从结构中提取能反映结构特征的参数，最能反映局部结构特征、便于结构安全评价与损伤定位的是应变信号，所以说应变是重要工程结构健康监测最为重要的参数之一。通过国内外同行的大量研究和实践，已将应变测量锁定在光纤光栅传感技术上[3,4]。
本文的主要工作是给出了光纤光栅应变传感监测系统的基本构成和实施方案，并对工程应用中的关键问题进行了论述，提出了解决方案，并将其成功地应用于重大工程结构的长期监测中。
2 光纤光栅应变传感监测系统的设计
图1 光纤光栅分布传感监测系统的基本构成
图1是光纤光栅应变传感监测系统的基本构成图。系统中宽带光源输出光输入到环行器端口1，由端口2输出到1×8光开关，光开关的每一路由几个不同中心波长的光栅串接构成传感阵列。通过不同光纤光栅的反射光波长 …… ，与被测对象上各测量点相对应，分别感受各分布测点的应力应变，使其反射光的波长发生改变，改变的反射光经传输光纤从测量现场传出，输入到环行器端口2，再由端口3输出。通过光纤光栅解调系统探测其波长改变量的大小，并由光电探测器转换成电信号后输出，最后由计算机系统对被测对象的状态进行分析和评估。
根据图1的光纤光栅分布应变监测系统的基本构成，把整个系统的实施方案分为以下几个步骤：
1)确定结构的应变分布：依据具体结构和工程应用情况，确定测量点位置和测量分布方式，粗略估计各测点应变范围，推算出整个结构的应变分布概况。
2)确定各测点处光纤光栅的中心波长：根据估计的各测点应变分布状态，特别是各测点应变的最大值，将各测点的位置与对应处的光纤光栅的波长相对应。在采用分布传感方式时，保证各测点的各点的波长分布具有一定的间隔，间隔的大小取决于各测点应变的最大值和应变属性(拉应变还是压应变)，避免串在一起的光栅在工作过程中波长发生重叠。
3)确定传感器的结构和安装方式：根据监测的要求和工程实际情况，选择传感器的结构形式(贴片式、埋入式等)和安装方式(粘贴还是焊接等)，确定埋设和保护工艺。
4)确定光纤光栅解调系统：依据对应测点最大应变变化值的光纤光栅波长的变化值 …… ，和各点的波长分布间隔大小( )，计算出所有测点的波长变化值和间隔值的总和，然后乘以相应的波长余额系数1.2～1.8，确定所需光纤光栅解调器的波长解调范围，并结合所需的测量精度，选定相应的光纤光栅解调器和配套解调和数据分析软件。
5)确定光纤光栅传感器灵敏度系数K：依据所选定的光纤光栅传感器的结构形式和安装方式，选定灵敏度系数K值，并在解调软件中进行设置，测量结果直接显示应变值。
6)结构整体状态的分析和评估：依据结构上各测点的实测应变值，进行特定的程序运算，确定结构整体的应变分布状态，并对极限状态进行报警。
