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相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)是一个功能强大的全分布式光纤传感器，其主要利用光纤中瑞利散射光的相干衰落效应来进行传感。Φ-OTDR通常要求使用高相干性激光器向待测光纤发射探测脉冲，使得光纤中各个散射点产生的背向瑞利散射光之间发生干涉，导致接收端接收到的瑞利散射光功率随时间变化曲线（即Φ-OTDR曲线）随机波动，这种现象被称为相干衰落效应。如果Φ-OTDR的光源稳定且待测光纤未受扰动，不同探测脉冲产生的Φ-OTDR曲线的波形将呈现良好的一致性。反之，若待测光纤某处受外界振动影响，则探测脉冲的相位受到扰动，那么对应位置处的Φ-OTDR曲线波形会发生局部变化。除了分布式光纤传感器共有的优点以外，Φ-OTDR还具有两项突出的特点:一方面，由于其传感原理基于光纤中传输光的相位变化，所以其灵敏度极高;另一方面，光纤中的瑞利散射相对于光纤中的非线性散射（如布里渊散射、拉曼散射）信号强度更高，Φ-OTDR无需通过大量累加平均来提高信噪比，所以其响应速度快。Φ-OTDR的这两个优点使得其非常适合用于检测光纤上微弱的振动事件。因此，Φ-OTDR传感技术在要求对微弱振动进行检测的应用中展现出了巨大的潜力，如重大工程结构健康监测、管线安全检测、重要场所入侵检测以及地质分析与勘探等。 然而，现有的Φ-OTDR传感技术依然存在不少缺陷:问题之一是不同时刻获取的Φ-OTDR曲线间的形状畸变问题。通常，Φ-OTDR传感系统需要一个窄线宽的、无频率漂移的稳定激光光源。但是普通的商业激光器始终存在缓慢但不断累积的频率漂移，导致在待测光纤上无扰动时，Φ-OTDR曲线仍然会发生缓慢的畸变。在光源频率漂移的情况下，Φ-OTDR传感系统很难检测到光纤上的低频振动事件。除此以外，Φ-OTDR在定量检测光纤应变方面也存在难度。由于光纤内散射点的散射率和位置随机分布，所以Φ-OTDR曲线的幅度仅能通过统计规律描述。也就是说，光纤上的应变与Φ-OTDR测得的散射功率之间有没有明确的对应关系，导致Φ-OTDR难以精确的、定量的检测光纤应变。 针对上述Φ-OTDR的不足，本文对Φ-OTDR的数学模型进行深入的研究，阐述Φ-OTDR中的相干衰落现象的成因，根据模型计算得出Φ-OTDR信号的数学特征。并在理论分析的基础上，提出两项技术对现有Φ-OTDR系统进行增敏，以克服上述的两点不足: 1、本文定量的研究了Φ-OTDR光源频漂量与曲线畸变之间的关系。在此基础上，提出了基于主动激光频率扫描的Φ-OTDR光源频漂的补偿方案。该方案通过对Φ-OTDR曲线之间的互相关性分析、光源频率扫描以及激光频率反馈控制等技术，补偿光源频漂，抑制Φ-OTDR曲线之间的畸变。 2、本文提出使用极弱反射率布拉格光纤光栅阵列来对现有的Φ-OTDR传感系统进行增强，以实现待测光纤上的动态应变高精度的、定量的测量。本方案借助于极弱反射率布拉格光纤光栅的反射信号，通过监测相邻的两个光栅之间的干涉光信号，实现动态应变的定量测量。借助激光频率扫描技术和相位展开算法，大大扩展该方案可测得的应变范围。 最后，通过实验验证上述的两种Φ-OTDR系统性能增强技术。实验结果表明，本文提出的Φ-OTDR主动频漂补偿方案可以有效的抑制由于光源频率漂移引起的Φ-OTDR曲线畸变，检测到了传感光纤上5km距离处的频率低至0.5Hz的振动事件。该方案将Φ-OTDR系统的测试振动频率下限从数十Hz降低到了亚Hz级别。同时，实验还证明本文提出的极弱反射率布拉格光纤光栅阵列增强的Φ-OTDR传感系统可以以2m的空间分辨率，在5km长度光纤上对光纤长度变化进行定量检测，测量精度达到数十nm级别。这是利用Φ-OTDR传感系统首次实现如此高精度的定量动态应变测试。