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分布式光纤传感技术，不仅具有普通光纤传感器抗电磁干扰能力强、体积小重量轻、绝缘、耐高温耐腐蚀等，而且能够在整个传感范围内对光纤沿线每一处的多种物理量进行分布式检测，在大型建筑健康检测、周界安防诸多领域具有广泛的应用前景，近年来成为光纤传感领域的研究热点。光纤中的布里渊散射光相对于入射的本地激光，有11GHz左右的频移，这种布里渊散射光的频移和强度与光纤所处环境的温度和应变之间成线性函数关系。基于此原理的分布式光纤传感系统，能够实现对光纤沿线温度和应变的分布式传感。基于瑞利散射的分布式光纤传感系统，能够对光纤沿线的振动、应变等动态信息进行探测。本文针对具有广泛应用前景的几种分布式光纤传感技术进行了深入的实验研究，包括基于布里渊散射的布里渊光时域反射计(BOTDR)技术和基于瑞利散射的相位敏感光时域反射计（ψ-OTDR）技术，并在此基础上搭建和集成了传感系统样机。 铁路安全监测对用于其中的监测设备具有长距离、多参量测量、寿命长等诸多要求，而分布式光纤传感技术均能满足这些需求。我们在铁路沿线安全监测领域进行了工程应用的实验研究，根据铁路实际工程应用中的问题和需求为出发点，对分布式光纤传感器的稳定性和一致性进行改善，对实际应用过程中出现的一些问题，如双峰布里渊散射谱现象、温度和应变交叉敏感等问题进行探讨和解决。本文的主要研究内容如下: 1.针对分布式光纤温度和应变传感，基于宽带移频技术和相干检测技术对微弱的自发布里渊散射光进行探测采集，搭建了布里渊光时域反射计(BOTDR)系统样机;基于数字相干检测技术，利用MATLAB编写了数据采集和处理程序，对采集得到的自发布里渊散射光信号进行分析并解调得到强度和频移信息，并将这些信息转换为具有位置信息的温度、应变分布。BOTDR样机能够对40km的光缆进行监测，温度精度为±2℃，应变精度40με，定位精度5m。 2.基于120°相差干涉仪搭建自外差相位敏感型光时域反射计，并提出了基于干涉仪传输矩阵的相位解调方案，实现了对10km光纤的振动传感。该技术基于3×3干涉仪对光纤中的瑞利散射光相位进行分布式解调，使用自外差相干检测技术，有效地消除衰落效应的影响，且能够准确快速地解调得到相位分布，对于光纤的振动进行有效地感知。 3.针对工程应用中存在的双峰甚至多峰布里渊散射谱，利用洛伦兹曲线拟合的算法难以准确地解调出中心频率，提出双峰洛仑兹拟合和权重算法解调布里渊散射谱的中心，结果表明对于存在双布里渊散射峰的光纤能够准确地进行传感解调。 4.针对工程应用中的温度应变交叉敏感问题，通过线路中光缆不同区域的温度补偿来解决温度和应变的难以分离的问题。在应力检测区域，将夹具之间的应力感测光缆拉紧，同时在其附近预留足够的松弛光缆进行温度补偿，通过该光缆进行温度检测，应力感测光缆所得频移值减去温度变化之后即可得到应变变化数值，其中涉及到线路中的详细定标，对于温度和应变感测区域需要进行准确的定位。 5.将我们自主研制的传感样机应用于铁路沿线的光电缆温度、应变等方面的监测，应用范围包括:(1)光缆断线，针对铁路沿线非授权作业、电缆燃烧、塌方等导致的通信光缆断线进行定位监测;(2)光电缆异常温度变化监控，针对铁路沿线的烧荒、同槽电缆老化导致的烧伤、高压牵引电缆的异常温升等进行感知;(3)结构应变测量，针对铁路沿线的边坡、隧道等复杂地形可能存在的滑移、形变和塌方等现象进行监测。工程应用实验表明BOTDR技术在铁路安全监测领域具有很高的应用价值。