在核动力装置中,蒸汽发生器是非常关键的热量转化部件。传热管是其重要部件,它不仅承受着一次侧介质和二次侧介质两侧的温差及由压力差产生的应力,而且在正常工作时,在支撑点处,传热管会与支撑点发生摩擦磨损,致使管壁越来越薄,最终导致蒸汽发生器传热管破裂的概率增加。传热管发生破裂,会造成放射性物质的泄漏,甚至造成反应堆停堆。为了准确获得传热管管壁磨损情况,需要测量传热管纵向和径向振动频率以及径向力大小,其振动频率和力是动态变化的,传感器与被测传热管必须始终接触,才能保证传感器获取完整的信号,因此文中设计了一种能够测量一定范围内振动频率和力值变化的光纤力传感器,该传感器能够始终不脱离被测传热管并且有体积小、抗干扰能力强、精度高、质量轻等特点。对该传感器的设计、测试和应用研究具有一定的意义和实用价值。文中首先介绍了课题研究的背景及实际意义,接着介绍了动态测量力传感器以及动静态力传感器标定系统的发展现状,论证了研究光纤力传感器的重要意义。第二,根据传感器的实际工作环境确认传感器的设计方案,由传感器设计方案和测量方式构建传感器结构力学模型,推导出光纤力传感器接触式测量信号不丢失的微分方程和传递函数,并求解出传感器振动频率范围为50KHZ~239KHZ及传感器管道脱离接触的临界频率为398.062KHZ;接着利用MATLAB计算并作图求解出力传感器的最优结构值;最后利用ANSYS Workbench对传感器结构做了静力学分析,在1~300N静荷载作用下能够达到最大挠度为0.03mm,该值在传感器测量精度范围内;还做了结构梁的模态分析,仿真值和理论计算值误差为0.27%,此次设计的光纤力传感器符合理论设计要求。第三,介绍了光纤力传感器的静态标定和动态测试的相关性能指标,并设计、加工和制造了静态标定装置,理论验证了该装置可行;依据强迫振动法自行搭建动态测试系统模型,从静态方面出发,理论推导计算出力锤标准信号和光纤力传感器响应信号的相干值为1.05,证明该测试方式可行;最后介绍了信号处理与信号分析中所需的理论。第四,设计研究了静态标定与动态测试的硬件系统和软件系统,使用C++语言编写了静态标定和动态测试的数据采集驱动程序,采用虚拟仪器平台,结合编程软件LabVIEW编写了数据处理程序,能够对信号进行数据采集、存储及信号分析。最后,搭建光纤力传感器的静态标定和动态测试实验平台,并对相应的性能指标做了分析处理,得到加载力和实验所得力呈线性,传感器线性度为0.22%,静态灵敏度为1.0006;力锤标准激励信号与光纤力传感器响应信号互相干值为0.9916,两路信号的自相关和互相关波形,频率差为1.18HZ,相位差为10度,从动态方面来证明了所设计的传感器响应速度快、反应速度快、频响函数的结构准确性高、传感器性能较好等。文中的研究设计及相关工作对传感器的结构设计和标定具有一定的重要价值。为其他类型的测力平台标定系统开发及相关技术和实验研究提供了参考,对高精度测力平台的研究具有一定指导意义。