随着现代科学技术的迅速发展,机械装备对于工业发展的重要意义日益凸显。机械装备在工作服役过程中,容易受到外部载荷、应力集中、疲劳变形各种因素的影响,使得重要零部件的结构出现损伤,从而导致结构整体的刚度强度下降,进而造成整个机械结构失效。为了避免这种情况的出现,对机械装备结构进行应变监测具有十分重要的现实意义。现有的应变监测方式主要利用电类磁类传感技术,比较容易受到电磁干扰,且稳定性较差,不适于采用多点分布式测量方式。而光纤光栅以其体积小、不受电磁干扰、长期稳定性好、可分布式测量等优点在应变监测领域获得越来越多的关注。因此,本文以光纤光栅为敏感元件,设计出一种新型的具有高应变监测灵敏度的传感器,其采用基片式封装,将光纤光栅与柔性铰链桥式微位移结构相结合,建立理论模型并搭建实验平台对传感特性进行了分析与验证。本文研究了柔性铰链的受力变形关系。在柔度矩阵法的基础上,提出一种应用于串联型柔性铰链组的计算模型,将其运用于研究所设计的传感器,得到传感器静态应变传递特性。结果表明,该传感器与传统直接粘贴式光纤光栅传感器相比,应变测量灵敏度提高至裸光纤光栅的13倍。该传感器应变测量精度与稳定性远超裸光纤光栅,可以满足机械系统结构变形中微小应变监测的要求。针对传感器的理论模型,运用ANSYS Workbench有限元方法进行验证,仿真结果与理论模型误差仅为1%。采用柔度矩阵法与有限元方法对各项结构参数进行分析,分析传感器各项结构参数对增敏倍数的影响。结果表明,对于柔性铰链部分,适当减小柔性铰链的半径与最窄处宽度,能有效提高结构位移放大倍数;对于结构整体与刚性杆部分,增大结构厚度与转动杆偏转角度,同样能够增大位移放大倍数。通过实验对传感器的传感特性进行了研究,实验结果与理论计算、仿真分析相吻合。同时,得到了传感器的灵敏度、线性度、重复性、迟滞性等性能指标。综上,本文通过对静动态实验结果的分析验证了传感器对于微小应变的实时监测能力,具备良好的工程应用价值。