基于光纤布里渊散射的分布式传感技术具备提取大范围测量场分布信息的能力,非常适合于大型电力设施、尤其是电力线缆和电气设备等温度和应变的在线监测,具有广阔的应用前景。本文在充分调研国内外光纤布里渊散射特性研究现状的基础上,采用有限元方法构建了光纤声光耦合模型,计算得到了布里渊增益谱,重点研究了多模光纤布里渊散射特性,以及单峰和多峰值布里渊增益谱特征提取方法,并采用光纤布里渊分布式传感技术实现了海底电缆在线监测和故障定位。主要研究成果如下:(1)提出了光纤布里渊散射谱有限元数学建模方法,分别构建了单模光纤和多模光纤的声光耦合模型,数值计算了布里渊增益谱。设计并搭建了布里渊散射谱测量系统,分别实现了单模光纤、50/125μm和62.5/125μm渐变折射率多模光纤布里渊散射谱测量,实验表明多模光纤的布里渊频移小于单模光纤,而布里渊散射谱线宽明显大于单模光纤。实验测量结果验证了数学模型的正确性。(2)提出了多模光纤受激布里渊散射阈值测量方法,设计并搭建了受激布里渊散射阈值测量系统,分别针对单模光纤和多模光纤的受激布里渊散射阈值进行了理论和实验研究,实验表明相同光纤长度下,多模光纤的阈值远远大于单模光纤。渐变折射率光纤相比于阶跃折射率光纤较容易发生受激布里渊散射效应。(3)提出了基于多模光纤布里渊特性的温度和应变同时测量方法,设计了多模光纤温度和应变分布式传感系统。采用商用布里渊光时域反射仪实现了多模光纤温度和应变的分布式测量,其布里渊频移-温度系数为1.026+0.04MHz/°C,应变系数为0.05288+0.001 MHz/με。多模光纤频移-应变系数大于单模光纤,较单模光纤更适用于应变传感测量。(4)提出了布里渊散射谱特征提取优化线性模型,可进一步提高布里渊分布式传感系统的实时性,并与非线性模型进行了比较,给出了两种模型的应用范围。分别针对布里渊散射单峰和多峰扫频曲线,提出了布里渊散射谱特征快速、高精度提取方法。(5)提出了基于布里渊散射光纤分布式传感技术的海底电缆在线监测和故障点准确定位方法,构建了海底电缆在线监测系统,实现了海底电缆运行状态分析,并通过提取海缆路由特征信息,数据融合了海底地形、地质结构和施工细节等数据信息,实现了海底电缆故障点准确定位,定位精度为5 m。本文研究可为充分挖掘世界范围内通信光纤的感知能力奠定基础,为研发、建设、全面覆盖光纤传感网提供非常有价值的理论和技术参考。