现代机械装备结构复杂,使用环境恶劣,设备在使用过程中复杂机械结构上的应力应变分布变得异常复杂。同时由于机械装备的结构特点和加工方式导致应力集中和残余应力造成复杂机械结构应力分布的非均匀性。因此对其的结构健康监测也必须由过去的一维应力应变测量转换为二维应力应变的测量,同时应变的测量也必须由过去的均匀应力测量转换到现在的非均匀应力的测量。由于传统电类传感器根据其工作原理,只能对测量区域的平均应变进行测量,在一些大梯度的应变场合无法使用。光纤光栅由于其结构特点和传感原理,当感受到外界不均匀应力时,会导致其反射光谱出现啁啾和多峰的现象,采用传统的波长解调方法无法实现测量。论文中采用光纤光栅频域反射的方式对处于非均匀应变场下的光纤光栅进行测量,通过对实际应变场的测量取得了初步结果,论文的主要内容如下：(1)介绍了大梯度应变场测量在机械结构健康监测中的重要性,光纤光栅的传感原理以及发展现状,光频域反射研究现状。(2)对光频域反射原理进行了理论分析,从高的空间分辨率、高的转换增益、可以获取全部信息、良好的滤波特性、利于微弱光信号的探测等五个方面对其技术优势进行了分析。将光频域反射和光纤光栅传感相结合,通过对测试系统进行仿真还原出了光纤光栅上的应变场分布。(3)搭建起了光纤光栅频域反射测试系统,采用LabVIEW编写软件实现激光器的控制,数据采集以及信号分析。采用光频域反射系统对处于非均匀应变场下的光纤光栅进行测量,并将测量结果和理论仿真进行对比,取得了预期的效果。(4)对光纤光栅频域反射测试系统的影响因素和误差进行了分析。对激光的相位噪声对测试系统的影响进行了分析,并通过延时自零差法进行了测量。分析了激光器扫频非线性对测试系统的影响,并提出了参考光路法和拟合法对测试系统进行修正。