光纤光栅具有许多优良特性，广泛应用于土木工程、航空航天、石油化工和其他应力应变监测场合。但是，在实际工程应用中，光纤光栅长期处于变荷载环境中，应力疲劳作用会使得光纤光栅的传感性能逐渐蜕化，甚至完全失效。而疲劳失效的光纤光栅产生的错误信号可能会引导系统的执行机构做出错误的动作，进而带来严重的后果。因此，通过某些特征甄别已疲劳失效或将要疲劳失效的光纤光栅具有重要意义。本文在介绍光纤光栅应变传感原理的基础上，详细分析了光纤光栅应变传感器的组成及力学传递过程，随后分析了光纤光栅应变传感网络的组成，并指出光纤光栅是最容易出现疲劳蜕化的部分。介绍了现有的四种光纤光栅峰值检测算法，结合这四种算法详细分析了光谱质量对其传感的影响。将光谱畸变的类型分为三种，并详细分析了这三种畸变类型对中心波长检测结果的影响，并提出评价这三种畸变类型的指标。分析结果表明，边模抑制比、主瓣峰谷比和3dBm带宽这三个指标可以作为光纤光栅疲劳失效特征。建立了基于裂纹扩展的光纤光栅应力疲劳失效机理，详细分析了光纤光栅内应力的来源，应力疲劳与裂纹之间的相互作用，据此，将光纤光栅应力疲劳过程分为三个阶段：微裂纹形成阶段、微裂纹扩展阶段和光纤光栅断裂阶段。并利用传输矩阵法得到了裂纹作用下的光纤光栅反射光谱，通过实例仿真分析发现，应力疲劳导致光纤光栅反射光谱蜕化，且畸变的形式与实际的光谱畸变类型一致。从理论上证明边模抑制比、主瓣峰谷比和3dBm带宽这三个指标可以作为光纤光栅疲劳失效特征。设计了光纤光栅加速应力疲劳实验装置，并进行了一系列的疲劳实验。结合前述理论分析与实验结果，发现边模抑制比和3dBm带宽可以作为光纤光栅疲劳失效特征，并提出了疲劳失效判据：若边模抑制比小于5dBm且带宽大于等于0.3nm，则光纤光栅极有可能完全失效；若边模抑制比大于等于5dBm，小于等于10dBm，且带宽变化的历史数据不断增加，则该光纤光栅极有可能测得的数据不可靠；若边模抑制比大于10dBm，且带宽基本保持不变，则光纤光栅极有可能还能正常传感。提出的疲劳失效特征为甄别在役光纤光栅是否疲劳失效提供了判据。