相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)中使用相干性较好的窄线宽光源,因传感光纤中光脉冲产生的散射光发生干涉,故可利用干涉光的变化检测外界扰动,检测灵敏度较高。但传统的幅度检测φ-OTDR的结果难以实现定量检测,需要进行相位解调。基于3×3迈克耳孙干涉仪的相位解调系统是一种较好的解调方案,但直接解调的结果存在空间分辨能力小于传统幅度检测φ-OTDR的问题。采用四路检测方法来保持φ-OTDR的空间分辨能力,只需在系统结构中增加一路检测。同时考虑到窄线宽光源产生的脉冲内干涉对解调造成的不利影响,在提出四路检测相位解调φ-OTDR的基础上,从瑞利后向散射光的角度对基于3×3迈克耳孙干涉仪的相位解调φ-OTDR进行分析,并通过实验进行验证。完成了对5 km传感光纤上扰动信号的定量检测,检测线性度为0.9956,解调相位的幅度达到31.85 rad,解调系统的空间分辨率与传统的幅度检测φ-OTDR相同。

研究了基于瑞利散射的高性能定量检测分布式光纤传感技术。在相位敏感光时域反射计(Φ -OTDR)的基础上，用窄线宽激光器和微波电光调制实现对光频移的精确控制，构成直接检测相干光时域反射计(COTDR)传感系统。通过分析光频移产生的传感光纤瑞利散射光干涉图样的变化，得到了传感量(温度或应变)的定量信息。对直接检测COTDR 传感系统进行了理论分析，并进行了COTDR 工作过程和散射信号相关特性的仿真分析，验证了高分辨率分布式光纤传感原理。在此理论分析基础上，采用微波电光调制得到了可变光频移，组建了直接检测COTDR实验系统，实现了25 km 分布式光纤温度传感实验，可测量到25 km 光纤末端0.1 ℃的温度变化。