随着我国高速铁路的发展及无缝线路的广泛应用,无缝线路的运行状态日益成为威胁铁路运营安全的重要隐患。光纤光栅传感技术可实现对应变和温度的高灵敏度测量,因而采用光纤光栅对钢轨应变和温度进行监测成为铁路传感中的新兴应用。通过实时监测与数据反馈来感知无缝线路的运行状态,确保线路运营安全。本文针对钢轨应变、温度和温度力监测需求,研究了基于光纤光栅传感器的轨道状态监测系统,并对光纤光栅传感器封装及安装工艺进行探索。本文首先对光纤光栅温度和应变传感基本原理进行简要介绍,并对光纤光栅在使用中温度和应变交叉敏感问题进行阐述。同时针对铁路现场和钢轨温度、应变传感的特殊应用场合,设计了新型光纤光栅钢轨应变计及其封装、安装工艺。其次在传统的一维测量模型基础上,介绍了三维梁模型下钢轨受力模型和测量原理。针对钢轨横向及竖向弯矩测量问题,采用三维梁测量模型对钢轨轴向力和横竖向弯矩进行了测量。同时,通过静态加载实验得到了钢轨轴力和曲率信息,完成了三维梁模型有效性验证。最后针对铁路无缝线路中钢轨温度力测量困难的问题,从无缝线路钢轨温度力测量模型出发,研究了基于光纤光栅的钢轨双向应变测量方法,将钢轨轴向测量和竖向测量结合在一起,解决光纤光栅传感器自身温度补偿问题和无缝线路因温度变化而带来的应变测量困难问题。通过在成绵乐高速铁路无缝线路的现场实验,安装特殊封装的光纤光栅传感器来完成对理论模型的验证和实际监测数据的获取。