分布式光纤传感(Distributed Optical Fiber Sensing,DOFS)技术具有传感距离长、响应速度快、精度高、多物理量敏感等优势。因此DOFS在大型基础设施的健康监测、地质勘探、周界安防等领域具有广泛的潜在应用价值。传统的分布式光纤传感系统往往对单一参量进行检测,例如通过损耗检测光纤链路微弯或断裂、通过温度监测器件是否过载,通过振动分析被测对象的结构健康状况。然而仅仅监测单一物理量有时无法对事故进行有效预警和判断。例如输油管道发生异常是由管道变形、管道断裂、油品泄漏等多种因素相互作用所产生的结果,仅仅对温度或者振动进行检测会产生较高的误报率,如果能够同时获取多个参量综合进行评判,便可以显著降低误报率。多参量分布式光纤传感因此显得越发重要,并且已经渐渐成为分布式传感一个重要发展趋势。目前国内外对于多参量的分布式测量主要集中于对应力和温度的同时测量,其中最具有代表性的是利用布里渊散射的光时域反射技术(BOTDR),然而BOTDR系统存在应力与温度交叉敏感的问题,同时BOTDR系统只能对静态参量进行检测,无法实现外部振动的动态检测。相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)因其灵敏度高、响应速度快等优势被广泛应用于振动事件监测,然而传统Φ-OTDR系统仅对振动敏感,无法进行静态参量的监测。目前很少有融合系统能够在不增加系统复杂度的前提下同时进行动态和静态参量测量。针对上述问题,本文的主要研究工作如下:首先本文基于瑞利和拉曼散射,实现了具有高度硬件复用特性的融合系统结构,能够在几乎不增加系统复杂度的情况下,同时实现对振动、温度的连续分布式感测。实验结果表明此融合系统对待测光纤沿路振动和温度的测量均能够达到12km以上。在外部振动测量方面,融合系统以10m的空间分辨率实现500Hz频响范围,并能够准确重构敲击类事件的频谱特征。同时系统使用相干探测和解缠绕处理算法实现了对外部PZT施加正弦振动信号的定量恢复,不同频率下和实际测量值的拟合误差仅为0.00004,振动事件的信噪比高于20dB。在测温方面,系统在50℃左右的温度不确定度为0.29℃。其次本文提出了一种基于光源扫频技术的Φ-OTDR和COTDR融合系统,系统不仅能够高精度监测光纤链路本身的损耗情况,而且能对外部振动事件进行同步测量。由于扫频技术的引入,此系统避免了Φ-OTDR系统中的死区问题。通过研究扫频原理给出了脉冲周期、脉冲宽度与扫频速度之间的关系,从而确定合适的扫频速度,使得融合系统既可以获得高精度的损耗测量曲线又可正常监测外部振动。实验中在9.5km处测得的振动事件信噪比大于10dB。融合系统测得的COTDR曲线波动为0.15dB,动态范围为23dB。实验结果说明此融合系统能够实时监测光缆沿线的外部振动信号,可以对非法入侵与破坏所造成的光缆链路故障进行准确识别并进行预警。综上所述,通过本文的研究工作,提出了切实可行的多参量分布式光纤传感方案,能够同时对温度、损耗、振动进行同步检测,为提升DOFS技术在现场应用中的可靠性提供技术支撑。