随着我国大型基建设施数量的快速增加,温度监测作为大型基础建设结构健康监测的重要组成部分越来越受到重视。通过对大型基础建设的温度变化进行监测,可以推测出由温度变化引起的结构损伤和形变对于基础设施的可靠性影响。同时,温度监测也被广泛应用于天然气管道和石油管道健康监测、电力负载实时在线监测和煤矿安全生产监测,通过温度监测可以有效避免管道泄露、火灾和其他安全事故的发生。光纤温度传感系统作为光纤传感技术中最具有发展前景的技术之一,相比于传统的电学温度传感系统具有耐腐蚀、不受电磁干扰、传输损耗低、可长距离实时在线检测和在易燃易爆等恶劣环境下工作等优点。目前常见的光纤温度传感系统基本以光时域反射仪（Optical time-domain reflectometry,OTDR）为基础,使用光时域反射仪对带有温度信息的背向散射光信号进行探测分析,从而完成对外界温度场的实时监控,然而光时域反射仪具有在空间分辨率和动态范围难以同步提高的矛盾。本文将使用光子计数光时域反射仪（Photon-counting optical time-domain reflectometry,PC-OTDR）替换光纤温度传感系统中的光时域反射仪,利用光子计数光时域反射仪中的单光子雪崩二极管（Single photon avalanche diode,SPAD）能对单个光子进行高灵敏度探测的优点,提升了光纤温度传感系统的定位精度、探测速度和测量范围。对本文使用自主设计的由硅基单光子雪崩二极管（Silicon based single photon avalanche diode,Si-SPAD）与主动淬灭和主动复位芯片（Active quenching and reset integrated circuits,AQR-IC）组成的光子计数模块搭建的光子计数光时域反射仪的性能进行测试。实验结果表明:光子计数光时域反射仪获得被测光纤长度为20m和6km的OTDR曲线分别只需要2ms和20s,空间分辨率分别为3.8cm和60cm。与此同时,本文通过光纤微结构加工技术设计了一款单模光纤（single-mode fiber,SMF）-毛细管光纤（capillary optical fiber,COF）-单模光纤（single-mode fiber,SMF）级联结构的光纤温度探头,对光子计数光时域反射仪与SMF-COF-SMF级联结构光纤温度探头组成的光纤温度传感器的温度响应特性进行测试。实验结果表明:基于光子计数光时域反射仪的光纤温度传感器可以对20℃-220℃的区域温度快速响应的同时实现高精度定位。本论文的创新点:（1）、基于自主设计的由硅基单光子雪崩二极管（Si-SPAD）与主动淬灭和主动复位芯片（AQR-IC）组成的光子计数模块设计出的光子计数光时域反射仪,具有对“事件”快速探测、高定位精度的同时兼具高空间分辨率的特点;（2）、基于所设计光子计数光时域反射仪结合光纤微结构加工,设计出有区域测温和高定位精度的光纤温度传感器。