高速铁路无缝线路由于消除了大量的钢轨接头,因而具有行车平稳、乘坐舒适等一系列优点。无缝线路的运行状态日益成为威胁铁路运营安全的重要隐患。光纤光栅传感技术可实现对应变和温度的高灵敏度测量,因而采用光纤光栅对钢轨应变和温度进行监测成为铁路传感中的新兴应用。本文从无缝线路轨道工程技术以及光纤传感的交叉优势出发,设计研发了一种超结构光纤光栅传感元件,用于无缝线路钢轨应变和温度的同时测量,通过实验室模型实验进行了前期验证。本文的主要内容及结果如下:(1)采用逐点写入法设计并制作了超结构光纤光栅传感元件;采用一种结构简单、操作方便的工字型传感片作为传感器的基底材料进行传感器的制作;通过传感元件的波长漂移量能够同时测量应变和温度。(2)对所设计的超结构光纤光栅传感器进行了传感特性试验,其应变灵敏度系数最高可达2.2 pm/με,温度灵敏度系数最高为17.92 pm/oC,试验结果表明应变和温度灵敏度相比于裸超结构光纤光栅分别提高1.44和1.34倍。(3)采用实验室模型对超结构光纤光栅传感器用于无缝线路钢轨应变和温度同时监测进行了前期试验验证。通过ANSYS有限元仿真结果以及考虑高速列车的影响,确定传感器的最佳粘贴位置,利用立式油压千斤顶给钢轨施加荷载,利用电子称重传感器精确测量立式油压千斤顶给钢轨施加的荷载,将钢轨放置在加热炉内模拟轨温变化,测量钢轨应变和温度变化同时作用下传感器的波长漂移量。实验结果与理论计算结果相吻合,表明所设计的超结构光纤光栅传感器能够实现对无缝线路钢轨温度和应变的同时测量。