近年来,我国在国防、能源、交通、通信等领域的大型基础设施建设显著增长,基建规模达到世界第一。这些大型基建的服役时间较长,不可避免的会受到结构老化、自然灾害和人为破坏等因素影响,一旦发生事故将严重威胁国民生命安全,带来极大损失。分布式光纤传感技术具有传感距离长、连续测量无盲区、灵敏度高、多物理量敏感和抗电磁干扰等优点,在大型设施的结构健康安全监测中具有广阔应用前景。然而现有的分布式光纤传感系统仍存在诸多局限性:一方面传统的分布式光纤传感系统通常只能监测一种环境参量,容易导致事件漏报误报。而大型基础设施的健康隐患类型多样、工作环境复杂,通常会同步产生诸如温度、应变、振动等多种物理参量的异常变化。如果仅仅监测其中某一种参量,不仅难以分辨健康隐患的具体类型,监测结果也容易受到环境噪声的影响。另一方面,传感器的器件参数会随时间发生漂移,需要通过校准来保持测量精度。传感器的校准是确定其性能指标而进行的测试,是提高传感器数据质量的必要过程。目前光纤传感器的校准普遍依赖回厂校准,在测量精度变差后,需返回生产厂商处重新校准器件参数,这大大影响了传感器的使用效率。针对上述问题,本文利用光纤中不同散射光对不同物理参量敏感的特性,设计了基于瑞利和布里渊散射的融合型分布式光纤传感系统。融合型系统充分复用了激光器、调制器和光放大器等器件,并且合理选择与配置器件的工作参数和模式,实现了温度、应变、振动的同时传感。提出了一种融合传感系统的仪器自校准方法。该自校准方法通过程序化的检查过程,能快速判断融合系统是否处于正常工作状态,并合理设置器件参数,使融合系统处于最佳工作状态。设计了一种光纤标定装置,不仅能标定待测光纤的初始温度,还可以辅助实现融合系统自校准,有助于传感系统的快速检查和调试,降低了人工标定光纤温度的误差。本文根据融合系统设计方案和自校准方法,完成了具有自校准能力的融合型分布式光纤传感系统工程样机开发。实验结果表明,该系统可以在10km的传感距离内,空间分辨率达到10m,温度和应变的测量不确定度为±1℃和±20με,振动响应范围为10Hz到1k Hz,能准确定位振动事件。融合系统实现了温度、应变和振动三种参量的同步测量。本文提出的融合型分布式光纤传感系统,仅用单根光纤实现了温度、应变、振动多参量同步监测,提供了一种可自校准、高度融合、易于实施的分布式光纤传感技术方案,在大型基建健康监测中具有重要的潜在应用价值。