为了实现复杂、恶劣环境下工程机械表面无损的应力监测方式，实现对大型工程机械的实时动态监测，提出了基于磁控溅射技术的光纤布拉格光栅(FBG)应力传感器封装方法。并对完全嵌套(整个栅区嵌套毛细铜管)和两端嵌套(栅区两端嵌套毛细铜管)两种封装方法开展了研究。从理论分析和有限元仿真的角度比较了传感器的增敏效果，前后结果一致。制备了传感器实物并进行了温度、应力和对比实验。仿真实验结果表明，该模型下FBG传感器能提高约7.5%的灵敏度。温度实验表明第二种封装结构的温度反馈相关系数R2达到了0.99948，在30 ℃?80 ℃范围内呈现良好的线性度；应力实验的相关系数R2也达到0.99924，灵敏度为6.14 pm/MPa，在该实验搭建的解调系统下精度达到0.05 MPa，可以快速、精确地解调应力。对比实验表明，光栅解调仪组成的监测系统比应变片组成的监测系统具有更高的精度，最大偏差值减小了59.8%。嵌套毛细铜管的金属化方式结合有机胶固定的封装结构简单、灵敏度和精度高，可以满足大型工程机械表面无损实时健康监测的需求。

提出了一种感测单元不直接接触流场的微剪切应力传感器结构，详细阐述了其感测单元MEMS制作工艺。采用热氧化硅掩膜方法解决了硅深刻蚀的选择比问题；优化后的硅深刻蚀工艺参数：刻蚀功率1600 W、低频(LF)功率100 W，SF6流量360 cm3/min，C4F8流量300 cm3/min，O2流量300 cm3/min。采用Cr/Au掩膜，30 ℃恒温低浓度HF溶液解决了玻璃浅槽腐蚀深度控制问题；喷淋腐蚀和基片旋转等措施提高了玻璃浅槽腐蚀表面质量。采用上述MEMS工艺制作了微剪切应力传感器样品，样品测试结果表明：弹性悬梁长度和宽度误差均在2 μm以内、玻璃浅槽深度误差在0.03 μm以内、静态电容误差在0.2 pF以内，满足了设计要求。

The fiber Bragg grating (FBG) strain sensors were used for on-line monitoring of the stress variation of the lined wall in the gateway retained along the goaf of No. 3203 coal mining face in Dongtan Mine. The results showed that the FBG strain sensor with the wide measuring range could measure the stress variation accurately during the support process of the gateway retained along the goaf and could provide the basis to further optimize the support structure and to determine the support plan of the gateway retained along the goaf. The FBG micro-seismic sensors were used in Xinglong Mine to detect the micro-seismic signal. The signals were well received and analyzed to determine the location and energy level of the source of the micro-seismic event warning. The FBG sensors and detecting system show a significant potential for micro-seismic detection and geological disasters detection.

利用锗酸铋（BGO）晶体的弹光双折射与电光双折射可以相互补偿的特性，设计并研究了一种新型光学应力传感器。折射率椭球分析结果表明，在垂直于BGO晶体的(111)晶面方向上同时施加应力和电场，晶体的弹光双折射能够被电光双折射所补偿，因而可以实现应力的闭环光学测量。光学传感单元主要包括两个棱镜偏振器和一块平行四边形的BGO晶体，该晶体自身能够通过对光波的两次全反射产生0.5π的光学相位偏置，因而不需要附加四分之一波片。实验测量了30 kPa以内的压缩应力，被测压缩应力与补偿电压之间具有较好的线性关系，且每1 kPa压缩应力所需要的补偿电压约为4.26 V。

针对煤层底板突水监测预警系统对应变传感器的特殊要求，研制了新型光纤光栅三分量应变传感器。三分量应变传感器采用内置温度补偿芯片的温度补偿方法，通过将3个应力芯片按一定角度放置的封装工艺研制而成。对所研制的光纤光栅应变传感器进行了温度特性试验、系统基本性能指标试验、疲劳耐久性试验等，试验结果表明：所研制的传感器在使用温度0℃～40℃内，灵敏系数为1.23 pm/με，应变量程为±1 000 με；横向效应为0.39%，机械滞后为1.18 με，蠕变为1.53 με，线性度为0.13%，重复性为0.16%，工作性能满足设计要求。经过煤层底板突水监测工程实例，验证了新型光纤光栅应变传感器均能准确感应煤层底板应变信息，可对监测点80 m范围内进行预警。

以较大载荷轴向拉伸光纤布喇格光栅时，由于裸纤与涂覆层的弹性模量不同，会产生中心波长反向漂移现象，严重影响了传感器的准确度与测量范围.实验研究表明，在光纤固定端适当剥除一段涂覆层，然后将裸露部分与带涂覆层部分同时固定，可将光纤布喇格光栅的中心波长反方向漂移量控制在10－3 nm以内，同时可增大光纤布喇格光栅的有效调谐范围，并使其能够保持较好的线性度，实验结果与理论计算结果相符合.

分析了F-P 光纤应力传感器工作原理，提出了F-P 光纤应力传感器的数学模型，设计了F-P 光纤应力传感器弹性体结构、光电转换系统。F-P 光纤应力传感器光源电路设计采用APC 电路。APC 电路由两个运算放大器和晶体管以及外围电路组成，采用背向光反馈自动偏置控制方式，即用半导体激光器组件中的PD 光电二极管监测LD 背向输出的光功率。对F-P 光纤应力传感器进行了静态特性标定试验，试验结果表明，该传感器具有较高的测量精度，能够满足工程测量要求。