近年来随着高铁运营里程的不断增加,高铁运行的高速化与发车间隔的密集化是未来发展的趋势,相应地对高铁安全检测技术提出了更高的要求。轨道是高铁设备中的基础设施,其安全性对高铁运营有举足轻重的作用。由于轨道长期处于野外环境中,面临着“环境-载荷-突发状况”的共同挑战,即气候多变复杂,温度、湿度等恶劣环境对其不断地侵蚀（如风蚀、水蚀）,高铁载荷不断地与其相互所用,甚至地质结构等突变（如内陷塌方、地震）,都会导致轨道会发生形变、扭曲,甚至断裂,从而影响高铁运营的安全性。因此,需要实时在线地对轨道进行安全检测,并获取轨道的应变矢量信息,以便更好地了解轨道的几何形状变化过程,提高预警能力。基于传统的机械类或者电子类的检测手段,其防水防湿能力差,零点易偏移,且需要较多传感器组合才能获取轨道的应变矢量信息,难以较好地满足长期处于野外环境下对轨道进行应变矢量信息检测的需求。而光纤传感具有抗干扰能力强、适合野外环境、易组网和灵敏度高等优点,因此使用光纤传感技术对轨道进行安全检测引起了人们广泛研究。其中,使用若干根单芯光纤分别对轨道的温度力、垂向力和位移等参数进行检测,具有容错性高、技术成熟等优点,但是这种方案会导致传感系统结构复杂、传感器冗余和信息孤岛等现象。针对上述问题,本文提出利用具有特定排列结构的多芯光纤应变矢量传感结构,来对高铁轨道进行在线应变矢量安全检测。此方案不仅能减少传感器数量,优化传感系统结构,而且能够利用多芯光纤应变矢量传感结构的排列结构来判断轨道的应变矢量信息,提高轨道的安全性。首先论文介绍了高铁轨道安全检测的重要性及意义,并阐述了高铁轨道安全检测技术的现状及方案。针对现行检测技术的不足与挑战,提出利用多芯光纤应变矢量传感结构,对轨道应变矢量信息进行实时应变矢量安全检测。其次介绍了多芯光纤的结构与其特点,并分析了多芯光纤的应变矢量传感理论,该理论通过局部曲率向量ρ_app,i来判断应变曲率ρ与应变方向θ_b。同时,研究了多芯光纤布拉格光栅的传感机理,分析应变矢量对多芯光纤布拉格光栅的中心波长λ_i的影响。理论表明,纤芯的中心波长偏移量Δ_λi与其排列位置有关;应变曲率ρ与布拉格光栅的中心波长偏移量Δ_λi成线性关系;应变方向θ_b影响着布拉格光栅的应变曲率灵敏度。其中,应变曲率灵敏度的最大值为0.502nm/m^-1。然后利用了ANSYS有限元分析法对光纤应变矢量传感光缆进行了仿真,分析光纤间距D与灵敏度之间的关系,其灵敏度拟合度分别为0.94和0.96。仿真结果表明,灵敏度随着光纤间距D的增加而波动下降。同时,探究了间距更小的多芯光纤应变矢量传感光缆,仿真分析其纤芯间距Λ与灵敏度之间的关系。分析结果表明,灵敏度随着纤芯间距Λ的减小而增强。但是,纤芯间距Λ过小会导致光波之间的串扰和耦合,同时也会提高制作工艺难度等。另外,根据高铁轨道的应变分布云图,得到轨道的应变敏感点是轨头与轨腰的连接处。为了将多芯光纤应变矢量传感光缆的安装于轨道应变敏感点,设计了一种基于光纤应变矢量传感的轨道固定装置,利用了杠杆原理将多芯光纤应变矢量传感光缆固定于轨道应变敏感点,并通过ANSYS有限元仿真,验证了此结构的可行性。接着对多芯光纤布拉格光栅进行了应变矢量传感特性验证研究。针对在多芯光纤上刻写布拉格光栅的均匀性问题,提出了旋转刻写多芯光纤布拉格光栅的方法,通过减少单次刻写的时间和增加旋转次数,来获得低3dB带宽、高反射强度和均匀性良好的反射信号;从实验上研究了多芯光纤布拉格光栅的应变矢量传感特性,实验结果表明了,多芯光纤能较好地对应变矢量进行判断,其规律与理论相符合,应变曲率ρ的相对误差小于7%,应变方向θ_b误差小于2°。最后对本工作进行了总结,并对后续工作进行了展望。