光纤传感技术近些年取得了飞速的发展,利用光纤作为传感和传输介质,可以实现对于整条光纤上物理量的测量。本文对基于Φ-OTDR的分布式光纤振动传感系统进行了研究,其具有成本较低、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温等优点,在资源勘探、石油和天然气管道安全监测、微弱水声信号检测、威胁分类、周界安防、列车实时定位、军事国防等领域都有着广泛的应用。振动信号定位和相位解调技术对于本系统来说是必不可少的,其中正交解调方法是常用的相位解调方法之一,将其利用计算机实现,可以降低系统的硬件成本,且结构更加简单。本文对定位算法和相位解调算法进行了详细的研究,所搭建的Φ-OTDR系统具有很高的定位信噪比和很大的信号解调范围,定位信噪比最高能达到26.3d B,最低可以实现对于1μHz振动信号的定位,同时能实现对于5-2500Hz振动信号波形的还原,振动信号强度与相位变化幅值具有良好的线性关系,线性拟合系数为0.9974。本文的主要工作内容如下:1.本文介绍了几种常见的分布式光纤振动传感系统,并重点阐述了基于Φ-OTDR分布式光纤振动传感系统的研究进展、应用及前景。2.详细介绍了瑞利散射的原理。利用公式推导对光纤振动传感机理进行了详细的分析。介绍了OTDR的原理后,在其基础上通过建立背向瑞利散射光的数学模型对Φ-OTDR系统的工作原理进行了阐述,说明了Φ-OTDR系统的主要参数及相应的优化方法。3.搭建了基于Φ-OTDR的分布式光纤振动传感系统,介绍了系统选用的一些关键器材。利用数字正交解调算法得到一对正交信号,之后采用反正切算法获取相位信息,对正交解调后反正切结果的值域扩展的具体操作进行了阐述,理论分析了进行两次相位解卷绕的过程以及必要性。4.介绍了利用Lab VIEW对于采集卡的配置,移动平均和移动差分定位算法以及后续的相位解调算法的实现过程,对相应的实验结果进行了阐述。采用消除初相干扰的方法来消除系统中的激光器和声光调制器的相位噪声。提出了重定位方法,利用振动位置相位差曲线峰后的相位变化进行振动波形的还原。将任意波形发生器驱动的压电陶瓷加载到传感光纤尾端来模拟外界振动,通过实验实现了不同频率振动信号的定位与波形还原,说明了相位提取过程进行两次相位解卷绕的必要性,验证了相位变化的幅值与压电陶瓷施加的电压之间的线性关系。利用Lab VIEW中的“生产者/消费者”的设计模式实现了振动信号的实时定位,搭建了上位机界面。