结构的破坏失效通常伴随着结构局部大应变的产生,如油气管道等生命线工程在滑坡、地裂缝、岩溶塌陷等作用下的屈曲变形,异质材料或组合构件的界面开裂、滑移和剥离等。对结构局部大应变进行全历程监测不仅可实时掌控结构的安全性态,还可以科学地认识和把握结构的损伤机理和破坏倒塌机制。然而,传统的传感元件如光纤类传感器、电阻应变片等受其自身材质变形能力制约而导致测试量程较小,难以满足结构大应变监测需要,目前尚缺乏可有效捕捉结构局部大应变全历程信息的应变感知元件。鉴于此,本文聚焦于结构大应变传感器的研制与应用研究。高延性同轴电缆（延伸率可达15%以上）具有与光纤类似的电磁场理论机制,理论上可以将光纤传感器中的一些传感机理实现于同轴电缆介质上,以此突破光纤传感器应变量程不足的瓶颈,实现大应变感知元件的研制与开发。基于该思路,光纤传感器中法布里-珀罗干涉腔（Fabry-Perotinterferometer,FPI）的感知机理被移植到同轴电缆中,由此发展出同轴电缆法布里-珀罗干涉（CC-FPI）大应变感知元件。本文在CC-FPI大应变感知元件相关研究基础上,围绕CC-FPI传感器的分布式应变感知机理、设计制作、性能测试、相关测试技术及其对结构大应变全历程的监测开展了较系统研究,主要内容包括:首先,通过电磁波干涉理论,研究了 CC-FPI传感器的传感机理,在此基础上提出了 CC-FPI传感器的分布式应变感知方法,并通过仿真分析探讨了 CC-FPI的传感信号特征、空间分辨率、传感器制作参数对其信号品质与感知性能的影响。其次,发展了三种CC-FPI传感器的制作方法,基于虚拟仪器技术对矢量网络分析仪进行程控和功能扩展,搭建起CC-FPI传感器的分布式应变测量平台,在此基础上,分别对不同方法制作的CC-FPI传感器和九种不同型号电缆制作的CC-FPI传感器进行了性能研究,对它们的应变和温度感知性能进行了测试与分析。第三,利用CC-FPI传感器的任意两反射点可以重构出多尺度标距的突出优点,发展了基于CC-FPI传感器的结构损伤变标距测试方法,该方法根据损伤演化过程实时调整传感器的标距,始终以最适宜的尺度探测与量化损伤,达到精确刻画损伤的目的。包括提出了基于变标距应变测量的结构损伤表征方法,以及CC-FPI任意两个反射点进行标距重构的信号处理算法。通过悬臂梁损伤监测模型试验,验证了 CC-FPI传感器变标距监测方法对损伤精确表征的良好效果。第四,考虑到高精度小量程的光纤传感器与大量程相对低精度的CC-FPI传感器优势互补的特点,研制出可同时对结构沿线的小应变区域进行高精度测量和对局部潜在大应变区域进行大量程但相对低精度测量的光电协同感测带（OECST）,该感测带适用于具有非连续变形特征的工程结构。从OECST的结构设计、制作方法、几何参数确定以及感知性能测试等方面进行了系统研究,通过盾构隧道管片模型试验验证了 OECST用于非连续变形监测的有效性和可靠性。最后,以三种具有大应变监测需求的工程结构为对象,从传感器选型、设计、制作及封装工艺等方面并结合结构特征探讨了工程化CC-FPI传感探头的研制方法,由此发展了 CC-FPI智能钢绞线、CC-FPI钢筋混凝土梁应变传感探头以及CC-FPI跨断层管道变形传感探头等三种工程化大应变传感探头。分别将它们用于钢绞线应力应变全历程监测、钢筋混凝土梁破坏全历程监测以及跨断层埋地管道应变监测中,通过一系列模型试验验证了上述CC-FPI传感探头的适用性和有效性。