光纤传感技术因其自身灵敏度高、测量速度快、信息存储量大,便于大规模组网等优势被研究人员广泛关注,为实现更加合理的轨道结构状态监测与建立有效的预警机制提供了新的思路与行之有效的解决方法。本文在研究光纤光栅传感基础理论基础上,结合光纤光栅传感器的应用特点,讨论了将光纤光栅传感技术应用于车轮踏面缺陷监测中的可行性；在比较分析了现有高速列车车轮踏面缺陷监测方法的基础上,进一步结合光纤传感技术自身特点与实际工程应用需求,制定了基于光纤光栅传感技术的车轮踏面缺陷的监测方案,并进行了系统方案模块的实现；随后,建立了相关实验模型,根据系统设计目标进行了设计模块及设计方法的实验验证。本文的第一部分以耦合模理论为基础,应用传输矩阵法分析了光纤光栅的光谱响应,在得出谐振条件后,进一步分析了光纤光栅的传感理论基础。在分析光纤光栅传感基础理论以及光纤光栅传感器的应用特点基础上,进一步结合车轮踏面缺陷检测的要求,进行了应用光纤光栅传感技术进行车轮踏面擦伤在线监测可行性基础研究。本文的第二部分主要介绍了基于光纤光栅传感技术的车轮踏面缺陷检测系统的方案设计。和目前轨道交通结构监测系统中广泛使用的电类传感技术相比,基于光纤光栅传感技术的监测系统防电磁干扰能力强,不会发生零点漂移等故障；传输距离长,利于建成大规模的分布式组网。本文的第二部分设计了基于光纤光栅传感技术的高速车轮踏面擦伤在线监测系统方案,并以FPGA为数字核心控制模块设计了相应的功能模块。本文第三部分根据系统设计目标,建立了相关实验模型。首先建立了基于光纤光栅传感技术的车轮冲击响应仿真模型。而后,针对F-P腔解调模块中设计所采用的脉位解调方法,建立理论仿真模型,并将解调后所得到的波长变化曲线与实际车轮冲击响应曲线进行对比,验证解调方式的可行性。最后利用压控振荡器模拟实际检测系统的中的扫频过程。对实际测量系统中的Fabry-Perot谐振腔的光学扫描滤波过程进行模拟,将对光纤光栅传感量中心波长值λm的扫描过程对应为通过压控振荡器所进行的扫描过程,从而将实际过程中的中心波长变化值△λm对应为电子学中的频率变化量△ω,验证了解调模块中的设计思路。