土壤水分监测对现代化农业发展至关重要,是实现精准农业不可或缺的环节。传统土壤水分监测方法的原理各不相同,且均存在不同的局限性,例如破坏性大、强辐射、实时性差、范围小等缺点。而长周期光纤光栅因其耐腐蚀、体积小、传感性能好等优势,在智能传感监测领域得到越来越多的应用。本文首先分析了长周期光纤光栅基本传感理论,并进一步研究了长周期光纤光栅交叉敏感特性。在此基础上研究了基于长周期光纤光栅的土壤水分传感测量机理,水敏材料将水分信息转化为涂层折射率的变化,通过折射率特性传递给其谐振波长,从而实现对土壤水分的测量。同时对长周期光纤光栅土壤水分传感特性进行了仿真研究,为后续设计与制作传感器提供理论依据。其次,根据土壤水分传感器测量机理及水敏材料感湿特性,确定使用高分子聚合物聚乙烯醇(PVA)作为水敏材料,同时,对水敏材料进行了特性分析。结合水敏材料自身特性,通过对不同涂覆工艺选择及优化,设计出了自动提拉镀膜法,实现长周期光纤光栅水敏材料涂覆。然后,根据具体的使用环境要求,提出了以去敏性封装和保护性封装结合的土壤水分测量传感器封装结构,并研究了温度补偿方法,确定了以参考光纤光栅法为主的温度补偿方案。最后,搭建裸光纤光栅性能测试实验系统,对含PVA的裸光纤光栅进行温湿度特性测试,然后,搭建了长周期光纤光栅土壤水分传感器测试系统。首先利用土壤重量含水率以及FDR电压型土壤水分测量仪制作了土壤样本,得到传感器的温湿度特性。然后根据参考光纤光栅法进行温度补偿,比较其补偿前后的湿度特性,分析温度补偿效果,并对传感器重复性、稳定性等性能进行测试分析。由实验数据可知,本文所设计的长周期光纤光栅土壤水分传感器使用范围为30%～70%,其灵敏度为41.51pm/%。实验结果表明,相对于传统土壤水分传感器,本文设计的长周期光纤光栅土壤水分传感器不仅灵敏度高、测量范围广,而且可以形成土壤水分传感器监测网络,实现分布式实时监测,拥有广阔的发展空间。