应变测量是结构健康监测、实验力学以及精密测量领域重要的研究内容之一,结构本身力学特性的差异以及复杂的载荷分布使得结构的应变场存在应变变化范围大、空间分布不均匀的特点,这些特征对应变测量方法的测量量程、空间分辨力以及测量精度等指标提出了更高的要求。光纤类应变传感器通过将光纤粘贴在被测结构表面可以实现对结构应变场的测量,其中,基于光频域反射原理的分布式光纤应变测量方法在空间分辨力上具有远高于其他光纤类传感器的优势,近年来受到学者的关注。然而该方法中还存在如测量模型不完善、探测方法存在局限性以及空间测量特性不一致等问题,这些问题严重制约了测量系统测量量程等性能的提高。针对现有基于光频域反射原理的分布式应变测量方法中存在的问题和不足,本文开展了基于宽带瑞利散射光谱探测的分布式光纤应变测量方法的理论研究与实验验证,本文主要内容如下:针对现有测量中缺少完整测量模型导致应变测量量程的提升缺乏理论指导的问题,建立了一种基于瑞利散射光谱相位分析的分布式光纤应变测量理论模型。定量描述了光频域反射系统中各参量与瑞利散射光谱不同相位分量间的数学关系,建立了入射信号光波段和瑞利探测光谱与应变间的映射模型,确定了光频域反射系统中两类应变检测方式,通过对空间相邻采样点间相位差施加约束确定了应变测量量程与光谱探测带宽间的线性对应关系。该模型完善了现有基于光频域反射原理的分布式测量理论,为实现0.01ε级应变测量量程的分布式光纤应变测量提供了理论基础。针对现有信号光调制技术调谐范围低导致光纤瑞利散射光谱探测带宽受限的问题,提出了一种基于多波段光谱精准拼接的光纤瑞利散射光谱探测带宽拓展方法。证明了特征光纤局部瑞利散射光谱特征对光频判定作用的唯一性,通过选取特征光纤并提取其局部瑞利光谱,并根据光频判定作用确定测量光纤相邻波段瑞利光谱的拼接位置,实现了光纤瑞利散射光谱的高精度拼接。该方法无需借助任何外部波长标定设备即可完成相邻波段拼接位置的高精度获取,有效拓展了光纤瑞利散射光谱的探测带宽。利用分布反馈式激光器阵列构建了多波段扫频干涉测量系统,实验结果表明通过该方法可以实现35.013 nm的宽带瑞利散射光谱探测,波段之间拼接误差小于2 pm。针对现有应变解算方法存在的测量特性在空间上的一致性难以保证的问题,分析了传统应变解算方法的局限性,提出了一种基于瑞利散射光谱相关性评价函数最优解计算的分布式光纤应变解算方法。该方法构造了一个具有单峰的瑞利散射光谱相关性评价函数,将应变解算问题转化为计算瑞利光谱相关性评价函数最大值在探测带宽约束内对应的最优解,主导空间测量特性差异的光纤空间错位在最大值处被消除,保证了空间测量特性的一致性。在上述研究基础上,搭建了基于多波段扫频干涉的分布式光纤应变测量系统,通过标准光纤拉伸装置对测量系统的测量性能进行实验验证。实验结果表明,在7 m测量长度内应变的空间分辨力为8 mm,测量量程为0.01ε,扩展不确定度优于15με。对集中受力下的复合材料板以及变形下的柔性板上布设的光纤进行了分布式应变测量,结果证明了所提出的分布式光纤应变测量方法在非均匀应变场测量上的可行性。