光纤光栅倾角传感器适用于多种监测和测量场合,包括边坡、输电线路、起重设备和桥梁结构等表面水准及倾斜变化监测。相对于传统的传感器,光纤光栅是一种性能优异的传感元件,通过中心波长的漂移会感知到外界因素(温度和应变)的变化,并且具有抗电磁干扰、抗腐蚀性强、易构成传感网络、可实现准分布式测量的特点,适用于多种复杂的环境。关于光纤光栅应变、压力和位移传感器的研究已相对成熟,而对光纤光栅倾角传感器的研究还处于起步阶段,基于此,本文从工程实用角度出发,根据光纤布拉格光栅传感原理,结合力学平衡原理以及3D打印技术,设计研制了两种新型的光纤光栅倾角传感器并进行了相关的性能试验测试,完成的主要工作内容如下:(1)阐述了光纤光栅的结构以及温度、应变的传感原理,建立了光纤光栅倾角传感模型,对光纤光栅倾角传感器的传感单元的相关参数,包括材料、型号、规格及尺寸等进行选择与设计,尤其建立3D打印模型并组装成型。(2)基于杠杆平衡原理设计了高精度的光纤光栅倾角传感器,通过调节参数对传感器精度、灵敏度和量程进行调节,以便适用于各种特殊环境。首次将3D打印技术引用到光纤光栅倾角传感器的传感单元的开发,验证了3D打印技术用于传感器开发的可行性。(3)对基于杠杆平衡原理光纤光栅倾角传感器、利用3D打印技术光纤光栅倾角传感器分别进行了标定试验,给出了两种传感器的波长变化值和倾角余弦值关系曲线,计算了传感器的静态特性,并对传感器的实际测量误差进行了分析。(4)将基于杠杆平衡原理光纤光栅倾角传感器、利用3D打印技术光纤光栅倾角传感器均均用于复合材料柱的抗震性能试验中,测量柱子的倾角,试验采用逐级加载位移的方式进行有效控制柱子的倾斜度,与位移计测量后换算结果进行了对比分析。本文设计开发的两种新型光纤光栅倾角传感器具有重量轻、体积小、测量对象广泛及测量灵敏度可调节的特点,能够克服传统测斜传感器的缺点,并能够组成分布式测量系统,实现二维的角度测量。其中基于杠杆平衡原理光纤光栅倾角传感器的量程为0～60℃,灵敏度系数为26.92pm/deg,静态误差为0.799%;设计的基于3D打印技术光纤光栅倾角传感器的量程为0～60℃,灵敏度系数为7.419pm/deg,静态误差为2.922%。