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钢筋锈蚀是决定钢筋混凝土结构耐久性的最重要因素,也常常是结构延寿工作的一个主要考虑因素。目前在结构健康监测领域(Structural health monitoring, SHM)中,锈蚀进程监测主要是采用电化学方法和质量损失率的评价方法,前者是通过测量钢筋混凝土结构表面电阻改变的区域来判断锈蚀发展的进程,后者是破坏性的,是从待测结构中取一块已经锈蚀的钢筋,并称出其质量,再与清理其上的锈蚀物以后称得的质量相比较,得出钢筋锈蚀引起的质量损失情形,但这些方法都不能满足对锈蚀进程的连续观测。本论文提出使用低相干光纤传感技术,对钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀诱导的膨胀应变(简称锈胀应变)进行连续监测,并进一步探讨了光纤布拉格光栅传感器(Fiber Bragg grating, FBG)和光子晶体光纤传感技术(Photonic crystal fiber, PCF)对裂纹开裂产生的动态应变以及产生锈蚀的环境因素进行相关研究。针对上述的主要问题,本文主要做了以下4方面的工作：1、针对现有钢筋混凝土结构中锈蚀进程的监测问题,提出一种基于光纤低相干应变传感器来监测锈胀应变的方法,设计中在待测结构易锈蚀部分采取直接和间接两种布设传感光纤的方法：一种是将光纤直接缠绕在钢筋上,这势必要破坏钢筋与混凝土的界面均匀性：另外一种方法是先在钢筋上包裹一层约2毫米厚的水泥砂浆,再将光纤绕在水泥砂浆上,这样可以最大限度的保证钢筋与混凝土界面的均匀性。实验室条件下模拟海洋环境的电化学加速锈蚀实验结果表明：低相干光纤传感器可以长寿命测量出锈胀应变的产生及发展,从而可以反映其锈蚀进程,基于迈克尔逊干涉方法的信号解调可以测到任意长度传感光纤上3微米的绝对形变,对钢筋混凝土中的锈胀应变与传感光纤的布设方法进行相关分析,证明了钢筋和混凝土的界面均匀性决定了锈蚀进程的观点,为钢筋混凝土结构的耐久性监测提供了一种可行的实验室研究手段。2、将设计的光纤低相干应变传感系统,应用于我国XXX电站中在役的预应力钢筒混凝土海水输送管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe, PCCP)的锈蚀进程监测中,结果表明在实际工程监测中,当传感光纤长度为50 m时,可以获得最小可探测平均应变为0.025με,经过6个月的连续观察,成功监测到了该海水管锈蚀应变最快发展的进程是53.04με/月,为该管线的安全运行管理提供了实测数据基础。3、针对裂纹开裂、荷载冲击等引起的高频动态应变探测进行了初步探讨,提出利用FBG传感器和反射式半导体光放大器(Reflective semiconductor optical amplifier, RSOA)设计相应的自适应激光光源,并通过非平衡迈克尔逊干涉技术进行解调。实验研究了RSOA-FBG光源对高频动态信号的自适应性和复用性能,.实验结果表明：RSOA-FBG较基于掺饵光纤放大器(Erbium-doped fiber amplifier, EDFA)的FBG解调器具有较好的动态响应特性,通过非平衡干涉解调,可以探测的最小应变为0.3με,可探测的动态信号频率大于10 MHz。4、针对诱导钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的环境因素进行了初步探讨,设计了PCF-标准单模光纤(Single mode fiber, SMF)耦合器、基于PCF的长周期光栅(Long period grating, LPG)传感器并用于液体折射率和浓度测量。通过侧边抛磨法研制的PCF-SMF耦合器件可以实现高达90%的耦合分光比,其对折射率变化检测的分辨率可达3.33×10-5RIU,而基于二氧化碳激光器研制的PCF-LPG传感器具有更高的折射率灵敏度(18173.97 nm/RIU)。通过理论模拟和实验研究证明,所研制的传感器具有灵敏度高、测量范围大等优点。通过上述的实验室研究和工程实际应用的结合,证明了光纤传感器用于钢筋锈蚀诱导的结构耐久性监测的可靠性和准确性,通过对低相干光纤传感器、FBG传感器以及基于PCF的光纤传感器的研究为SHM领域钢筋锈蚀诱导的结构耐久性问题提供了可行的研究手段。