地下水开采、地下矿产资源开采、不良地基等都可能引起地面沉降从而导致地面变形，影响地面建筑物的正常使用甚至造成破坏。随着各国城镇化速度的加快，地面沉降的范围和危害程度都在日益扩大，已成为当今社会可持续发展不可忽视的环境地质问题。为了对地面沉降进行有效的防治，国家对重点沉降区域建立了地面沉降监测网，以监测地面沉降发展变化的规律。现有的地面沉降监测手段要么为点式测量，要么无法实施大范围、长距离的监测，有的还存在易受电磁场干扰、易生锈腐蚀、耐久性差等问题。光时域反射（Optical time domain reflection，简称OTDR）技术作为一种较为成熟的光纤技术，具有可实时动态监测、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，已经在工程监测中发挥着越来越重要的作用。
　　基于此，本文通过分析目前地面沉降监测的现状，总结分析当前基于OTDR技术的光强调制型传感器，设计了一种结合弹簧和单模光纤制成的光纤弹簧传感元件和一种基于光纤弹簧的沉降位移传感器，并对二者进行了理论分析和试验验证。本文的主要内容及成果如下：
　　①对G652D光纤进行不同波长和脉宽的标定，优选了适用于后续试验研究的波长和脉宽组合；分析总结了现有光纤弯曲损耗传感器的结构特征，提出了一种将光纤粘贴于弹簧丝最外侧的光纤弯曲损耗调制结构—光纤弹簧。
　　②结合理论分析和数值模拟分析了光纤弹簧几何特征、轴向变形对其量程、损耗和灵敏度等的影响；用两种基材（尼龙碳纤维和弹簧钢）光纤弹簧进行了室内标定试验和力学性能测试，探究了光纤弹簧的传感性能，并进行了结构优选。
　　③提出了一种基于光纤弹簧的沉降位移传感器，分析了测量原理和位移-损耗关系，通过室内标定试验，标定了该传感器的位移-损耗关系，探讨了传感器的性能；分析了传感器的准分布式复用技术。
　　④开展室内土体沉降模型试验，对传感器的单个及准分布式沉降监测进行验证，从试验应用的角度证明了该传感器的可靠性和适用性。