随着我国经济的高速增长,信息化程度的不断加深,社会各行业对于传感器和传感系统的要求逐渐提高。而分布式光纤传感技术以光纤作为传感媒介,集传感与传输于一体,具备探测距离长、精度高、本质安全、抗干扰耐腐蚀等优点,在大型工程、航天航空、船舶行业及电力工业等领域中扮演了越来越重要的角色。相位敏感光时域反射仪,作为分布式光纤传感技术的一种,其对振动信号反应灵敏,单次测量即可获取整个光纤区域内的振动信息,从而辨析出振动事件的多项特征,因此在振动检测方面具有独特的优势。然而,随着传感距离的不断增加,探测指标的不断提升,带来了数据量庞大,处理速度局限等问题,制约了相位敏感光时域反射仪技术的进一步发展。针对上述问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的相位敏感振动传感系统设计,利用FPGA的架构优势,发挥其功能并行执行、灵活度高、处理速度快等优点,可显著提高相位敏感振动传感系统的数据吞吐量和处理速度,实时解调振动数据,对振动源位置进行定位。本文主要从以下几个方面展开研究:(1)理论分析光时域反射机理,阐述了实现振动信息解调的相关原理,并依此设计和搭建了相位敏感振动传感系统,同时对系统的关键性能参数进行分析。(2)分析了振动传感信号的数据特征,确定FPGA硬件电路实现方案,提出Synchronous Triggering波形采集方案以确保探测波形稳定采集,提出Pipeline Design信号处理方案以实现传感信号实时处理,提出Universal Serial Bus数据传输方案以完成振动数据高速传输。(3)设计并开发了基于MFC的上位机监控软件,对传感系统实现运行控制和数据分析,进行了数据云端存储功能设计,提高数据安全性,此外,还编写了图形化交互界面,并对软件性能实现优化,进行可靠性设计,确保软件能够长期稳定执行。(4)在此基础上,对系统的性能进行测试和分析,通过实验测定系统的传感距离、空间分辨率、定位误差以及频率响应等指标。同时,对系统进行集成化设计,搭建了工程样机,并将样机送往煤层气输送管线现场进行实地测试。研究表明,基于FPGA的相位敏感振动传感系统,能够实时检测到整个传感光纤中的振动状况,实现扰动行为的识别与预警,为在长传感距离、大探测范围下实现振动信号实时检测提供了一种新的解决方案。