地壳的形变是一个三维空间内的应变张量,传统的地壳形变测量以高精度钻孔应变仪为主,它是基于电子技术测量液体的体应变的原理,受传感单元尺寸的限制,只适合获取体应变(体应变仪)或水平面内的地壳形变分量信息(多分量应变仪),难以直接测量垂直方向上的应变。缺少一个维度的应变信息,严重限制了人们对地壳应变状态把握的全面性。另外,现有的钻孔应变仪基于电子仪器,需要用电缆连接井下设备,存在雷击损毁等野外环境下影响使用寿命的问题。光纤传感器技术不但具有相对较低的成本,超高的应变测量精度,而且能够适应野外恶劣环境,抗雷击,尤其是其尺寸小,具有测量三维空间内地壳形变的能力,在地壳应变场测量方面具有巨大的应用潜力。本课题针对研究面向地壳应变传感的光纤传感器技术,主要开展面向地壳三维应变测量的光纤光栅传感器设计与高可靠性封装技术的研究。地壳的形变是一个三维空间内的应变张量,而单个光纤光栅只测量一维线应变,需要在不同方向上布设多个一维光纤光栅传感器,来解析三维空间内地壳应变张量的信息。在阅读了大量文献的基础上,本课题首先推导了二维平面空间内多个光纤光栅线应变与二维应变张量的关系,由三个不同角度分布的光纤光栅传感器解析得到二维应变张量的表达式,并推导了包含四个光纤光栅应变传感器的自洽性检验方法。然后,本课题将光纤光栅线应变与应变张量的关系拓展到三维立体空间,证明三维应变张量可以由多个二维应变张量相似的方法进行分析。基于上述理论分析,提出了用于三维空间内地壳的应变张量测量的光纤光栅传感器设计方案。面向地壳形变测量的光纤光栅传感器需要非常好的长期稳定性,对传感器的封装技术提出了挑战。国内外早期主要用胶粘的方式固定光纤光栅,但是野外环境下胶体材料会发生缓慢蠕动导致长期稳定性差,不能满足课题需求。近来业界开始采用对光纤进行金属化后再焊接的封装方式,长期可靠性好,但是焊接方案难以用于光纤光栅在野外环境的现场封装。本课题中首次提出了光纤金属化后用V型槽压制的封装方案,采用预处理、磁控溅射和电镀铜的步骤实现光纤的金属化,然后通过带有V型槽的基板来固定并监控压制的力度大小。在试验中,对比了几组不同封装方式固定的光纤光栅传感器,数据分析表明本课题提出的方案相比胶粘的封装方式具有更好的稳定性和可靠性,而且易于现场安装。最后,对面向地壳应变传感的光纤传感器的设计和封装技术进行了总结和展望。