钢绞线在复杂的工程环境中可能会出现断丝现象，为了有效识别断丝信号，制作了一种将光纤布拉格光栅（FBG）应变传感器内嵌预压至钢绞线中心丝的自感知钢绞线。分析自感知钢绞线对断丝信号识别的灵敏性，探讨了拉索损伤面积和损伤位置与断丝信号强弱的关联性。以普通钢绞线损伤面积、损伤位置和传感器位置为研究变量，对由16束普通钢绞线和3束自感知钢绞线组成的拉索展开三组张拉断丝实验。实验结果表明：各自感知钢绞线能精确识别断丝信号，且断丝信号与自感知钢绞线中FBG的分布位置无关；各自感知钢绞线识别到断丝信号的时间基本一致，且FBG传感器采集的断丝信号强弱与普通钢绞线的损伤位置和程度有关。

提出了一种以聚酰亚胺（PI）为湿敏材料的FBG湿度传感器。首先，在PI毛细管内灌注PI溶液，以在光纤布拉格光栅（FBG）表面实现均匀涂膜。然后，用偶联剂增强湿敏材料和光栅之间的粘结。最后，制作了三组不同厚度和长度的湿度传感器，测试了其湿度传感特性和温度交叉敏感特性。实验结果表明，PI薄膜越厚，湿度传感器的拟合度越低，灵敏度越高，薄膜厚度为0.13 mm的FBG湿度传感器灵敏度为5.5 pm/%RH、量程为30%RH~98%RH、拟合度为0.99、非线性误差为2%，具有良好的可操作性、推广性和适用性。

为实现结构的长期安全监测,设计了一种杠杆原理与摆锤结构相结合的光纤光栅倾角传感器,并在此基础上进行了理论分析、数值计算和传感器性能测试。对比分析了数值计算和实验结果,发现二者具有较好的一致性。为增大传感器的灵敏度,对传感器的尺寸参数进行了设计。考虑到光纤光栅与金属材料之间的锚固效率和传感器的制作工艺要求,综合给出了效果最佳的组合值。实验结果表明,所提光纤光栅倾角传感器的有效监测范围为-5°~5°,传感器的灵敏度为359.04 pm/(°),线性相关度可达0.999,测量重复性误差为3.433%。此外,所提光纤光栅倾角传感器降低了温度对角度测量的影响,适用于温度变化较大且精度要求较高的工作环境,有良好的应用前景。

为了实时监测工程结构, 根据位移传感原理, 设计了一种受拉型悬臂梁光纤布喇格光栅(FBG)位移传感器。测量位移时, 传感器两端支点产生相对位移, 经弹簧将位移传递至悬臂梁, 通过测试悬臂梁应变, 实现对位移的测量; 通过改变悬臂梁长度和截面尺寸可以实现灵敏度调节; 根据工艺限制和理论计算确定悬臂梁尺寸, 并通过有限元分析悬臂梁端部孔径大小对其应变影响确定孔径值。最后, 对传感器的性能进行了测试。结果表明: 受拉型悬臂梁FBG位移传感器灵敏度为101.3 pm/mm, 量程可达30 mm, 与一般商用FBG位移传感器相比, 其灵敏度大大提高, 线性拟合度达到了0.994。

设计了一种在预应力钢绞线中心丝上设置倾斜凹槽封装光纤光栅的自感知钢绞线, 以解决体内预应力钢绞线其它传感器无安装空间, 易碎断导致封装成活率低以及监测量程不够等技术难题.理论分析了不同凹槽倾角封装的光纤光栅传感器的监测应变与钢绞线应变, 根据复合材料剪滞模型理论建立了二者之间的应变关系.以倾角为变化参数, 研制了系列光纤光栅自感知钢绞线, 并对其进行张拉试验, 测定光纤光栅传感器量程的变化情况.试验结果表明：该方法能有效扩大光纤光栅传感器的监测量程, 当倾斜角度为30°时, 所能监测的应变范围与0°相比, 提高了44%.采用该技术, 利用光纤光栅传感器对某高速公路预应力箱梁的施工张拉及服役进行实时监测, 传感器成活率为100%, 同时将光纤光栅的理论及标定应变关系与现场张拉及二次张拉的数据进行对比, 误差均在5%以内.该技术实现了对体内预应力钢绞线施工张拉和服役全生命周期的监测.

设计了一种在钢绞线中心丝上设置凹槽、在中心丝张拉持荷状态下于凹槽中嵌入光纤光栅(FBG)传感器的智能钢绞线, 使FBG传感器在服役前产生一定的压应变, 以解决FBG传感器封装存活率低以及监测量程不够的问题。理论分析了嵌入式FBG传感器与基体之间的应变传递率, 对凹槽的截面尺寸、传感器的黏结长度以及封装材料的弹性模量提出了设计要求。以中心丝持荷值为变化参数, 对FBG智能钢绞线进行不同监测量程的张拉实验。结果表明, 实验数据具有良好的线性度和重复性; 当中心丝持荷值达到中心丝极限承载力的30%以上时, FBG传感器的监测量程接近钢绞线的极限张拉力, 从而实现对钢绞线全生命周期的监测。

降低光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的应变灵敏度是解决传感器量程小、无法监测大应变问题的一种重要方法。为了监测构件在使用过程中的应力应变变化，提出了螺旋倾斜式光栅复合技术，建立了光栅实测应变与试样实际应变间的理论关系,在不同螺旋倾角下进行了光栅应变灵敏度的测量试验。试验结果表明，该方法能有效降低光栅应变灵敏度，增大光栅应变测量量程。