近些年来,光纤生产应用领域的逐步扩大和光通信技术的稳定发展对光纤结构测量的准确性和分布式能力提出了更高的要求。光力时域分析计(Optomechanical Time Domain Analysis,OM-TDA)作为一种利用基于前向受激布里渊散射(Forward Stimulated Brillouin Scattering,FSBS)的传感系统,由于其能够实现分布式声阻抗传感而被广泛关注。此外,它涉及的横向声波场的物理特性给予了它分布式测量光纤直径的潜力。因此,本文提出了利用OM-TDA系统实现分布式高精度光纤直径测量的方案,研究内容如下:理论研究的过程首先是基于FSBS的基本原理,从FSBS效应的相位匹配条件及共振情况入手,研究分析横向声波场频谱的频率及强度分布,在此基础上进一步研究FSBS测量光纤直径的基本原理,考察不同声波模式介导的FSBS共振频率、共振强度随光纤直径的变化规律。其次,基于FSBS的特性,研究并验证三种不同的基于FSBS分布式传感方案的优缺点,旨在证实OM-TDA系统在信噪比和测量空间分辨率方面的优势。针对OM-TDA系统,具体分析并仿真其分布式测量光纤直径的能力,证实该方案的可行性。同时,提出并分析OM-TDA系统中存在的相位敏感特性并构造考虑相位变化的五波耦合波方程,结合FSBS中的边带之间的相位移动,仿真相位效应对于谱型失真的影响。实验选取不同直径范围的待测光纤利用OM-TDA进行测试。待测光纤经过分段腐蚀预处理后,OM-TDA系统准确地测出了125μm、80μm和60μm单模光纤的直径沿纵向的变化。在此基础上,分别利用扫描电子显微镜成像和OM-TDA重复测量实验,验证利用OM-TDA系统实现分布式高精度光纤直径测量方案的准确性和精度。