背景简介：

光纤传感技术是一门新兴的、多学科交叉的高科技应用技术。以传感技术为核心的结构健康检测逐渐成为工程结构学科的一个重要研究方向。光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)以其质量轻、体积小、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点在航空航天、大型土木工程结构的健康检测和智能控制方面得到广泛应用。

普通单模光纤的纤芯直径约为10 µm，抗剪切能力差，在实际的恶劣环境中容易折断。因此，针对实际应用，需要对裸光纤光栅进行封装保护。目前，国际上光纤光栅的主流封装方式有基片式和嵌入式。其中，嵌入式封装是将裸光纤光栅放入直径较小的钢管或高分子材料中，中间灌满环氧树脂等胶体加以固定保护。嵌入式光纤光栅传感器多用于埋入结构件内部、监测结构件内部的损伤变形情况。但是嵌入式光纤光栅传感器存在埋入工艺复杂、封装工艺对胶粘剂要求高、维修困难等缺陷，同时传输光缆的引出对结构件本身的设计提出较高要求。

基片式光纤光栅传感器通常是将光栅粘贴在胶基基片或者刻有凹槽的刚性基板上，一般应用于结构件表面的应变及温度测量。其中，基片材料主要包括金属、树脂等。金属基片式光纤光栅传感器虽然具有结构简单、易于安装的优点，但是容易产生应变传递损耗且易腐蚀；此外，当待测结构件模量较小时，外贴的光纤光栅传感器会起到加强筋的作用，影响测量精度；有机聚合物封装制备的光纤光栅传感器的抗腐蚀能力大大提高，却存在强度和模量低、抗剪切能力差、应变传递损耗大等缺陷。

近年来，一些研究团队采用复合材料封装光纤光栅传感器以解决金属和聚合物基片式光纤光栅传感器存在的缺陷，但是这些研究尚存在诸多问题。例如，传感器封装材料过厚、封装工艺不完善等带来的传感器应变传递损耗大、测试精度及测试重复性差等问题。

本文中设计的传感器采用玻璃纤维/环氧树脂复合材料层合板作为基板，干态玻璃纤维布作为覆盖层，采用真空辅助灌注液态环氧树脂的方法将光纤Bragg光栅封装于底部的玻璃纤维/环氧树脂复合材料基板与上层的玻璃纤维布之间。同时，通过优化制造工艺使得传感器的层间界面强度以及粘接性能得到改善，实现光纤光栅传感器对被测结构件温度与应变的精确测量。与金属基板相比，玻璃纤维/环氧树脂复合材料基板具有质量轻、耐腐蚀等优点，且无需在基板上加工凹槽。与有机聚合物基板相比，玻璃纤维复合材料基板具有强度与模量高、抗剪切能力强、厚度小、应变传递损耗小等优点。更重要的是，在传感器制造工艺过程中，通过控制玻璃纤维/环氧树脂复合材料基板的预固化程度，能实现底部的玻璃纤维/环氧树脂复合材料基板与上部浸渍玻璃纤维布的环氧树脂之间的化学共价键结合，确保传感器的层间粘接性能。

研究正文列于附件。