随着现代加工工业及精密制造业的快速发展,高端仪器设备制造领域对于具有微尺细结构的新型微器件需求广泛,而现有检测技术手段无法直接有效对该类微器件进行评价,严重制约了微细结构的加工及相关技术领域的发展。目前,随着探针传感器技术的不断发展,多芯光纤探针传感器凭借其三维解耦与测量的优点,通过配合三坐标测量机常用于微尺度测量。但是多芯光纤探针传感器存在探针内信号串扰、信号解调效率低及传感器制作成本高等问题。本论文针对上述问题,提出一种用于微尺度测量的自组装光纤光栅微尺度传感器及其功率解调系统,该微尺度传感器采用普通单模光纤光栅利用自组装原理进行封装制作,降低传感器制作成本并有效克服信号串扰问题,解决现有探针传感器制作成本高昂及探针内信号串扰的问题,同时针对该微尺度传感器设计了信号高速解调系统,实现对传感器输出信号的快速解调。本文对光纤光栅探针自组装原理、传感器封装制作、信号解调及测量系统设计进行了详细研究,最后实验测试了自组装光纤光栅微尺度传感器的性能。论文的主要研究内容如下:1.自组装光纤光栅微尺度传感器封装研究。提出一种利用自组装原理制作多芯光栅探针传感器的方法,解决现有多芯光纤光栅探针传感器存在成本高、信号串扰及传输损耗的问题。建立光纤光栅自组装模型,对其自组装原理进行研究,验证单模光纤在液桥力作用自组装形成多芯光纤的可行性;并封装制作自组装光纤光栅探针传感器。2.光功率解调系统设计。设计基于差动补偿原理的光功率解调系统,实现对探针传感器两路输出信号的快速解调,将解调效率提高10倍。设计新的参考光栅预应力调整装置,解决空气扰动及机械振动等问题,将一分钟稳定性从原有的0.25%提高到0.07%,并测试得到光功率解调电路板的功率分辨率为7 p W。3.自组装光纤光栅探针测量系统设计。针对自组装光纤光栅探针微尺度测量需求,对测量框架的机械结构进行优化;并编写自组装光纤光栅探针测量软件,通过压电陶瓷控制、电机驱动器控制及串口通讯子程序,实现探针姿态自动调整及微尺度自动测量的功能。4.自组装光纤光栅微尺度测量系统测试实验:在设计的微尺度测量系统上,对测量系统及测量软件的姿态调整功能进行验证,结果显示探针姿态实现自动调整;然后对探针测量系统性能进行了测试:实验验证了该传感器具有正交解耦能力,且传感组触测灵敏度为非传感组的100倍,得到系统的一分钟稳定性为30 nm,10分钟稳定性为60 nm。测量系统径向分辨力30 nm,轴向分辨力为10 nm。系统重复性为90 nm。最后对发动机上的微孔进行测量,得到微孔直径为282.8μm,k=2时测量结果的扩展不确定度为0.4μm。本文通过对光纤光栅微尺度传感器自组装原理的研究及传感器的封装制作,解决了现有多芯光纤光栅探针传感器在微尺度测量时存在的问题,为微尺度测量提供了新思路。