随着工业物联网的快速发展,一种新型的基于相位敏感光时域反射计的（Phase-sensitive optical time-domain reflectometer,Φ-OTDR）分布式光纤声学传感器（Distributed Fiber Optic Acoustic Sensor,DAS）得到了广泛的研究。基于此项技术的Φ-OTDR分布式光纤声学传感器不仅具有普通光纤传感器的优点,而且具有重量轻、监测范围宽、隐蔽性好、灵活性好、灵敏度高、定位准确等优点,可以被广泛应用于周界安全,温度检测,地震应用,入侵检测,铁路安全监控等重要领域。与点传感器相比,DAS扮演着不可替代的角色。但传统的Φ-OTDR系统是基于幅度检测的,难以对外部振动事件进行更精确的定量检测。所以Φ-OTDR相位解调系统是通过使用适当的信号处理算法来量化外部动态干扰。到目前为止,已经提出了多种不同的解调方法去重建动态振动信息,如直接检测解调方法、数字相干解调方法、干涉仪解调方法等。因为干涉仪解调方法具有高分辨率和平坦的频率响应,因此干涉仪解调结构是一种常用的解调方法。在基于干涉仪解调方法中,在Φ-OTDR相位解调结构中引入3×3耦合器和不平衡迈克尔逊干涉仪,这种结构相比于相位生成载波解调方法,就不需要外部引入载波进行调制,因此这种结构简化了传感系统的解调复杂度,并同时降低了采样率要求,同时也提高了传感系统的动态测量范围。本文主要是对基于3×3耦合器并结合不平衡迈克尔逊干涉仪结构的双路探测系统的机理进行深入研究。与目前已经提出的基于3×3耦合器的Φ-OTDR相位解调系统不同之处在于,本文提出的Φ-OTDR解调系统只需要两个光电探测器和双通道采集设备即可进行光电转换和数据采集,降低了系统硬件成本,方便了信号处理。在信号处理部分,我们采用改进的两路微分交叉相乘解调算法,将3×3耦合器不理想对称对解调结果所带来的影响降到最小。通过理论分析、仿真和实验结果表明,在3×3耦合器不对称的情况下,本文提出的解调算法可以提高系统信号解调结果的稳定性和抗噪声性能。根据设计的相位解调系统,进而在光学平台上搭建实验系统。将多个压电陶瓷放置在2km的传感光纤上,模拟了多个振动事件。实验结果表明,我们的系统能够检测和恢复在不同位置同时发生的多个不同振动事件的实际波形。所提出的Φ-OTDR系统的背景噪声水平约为-30.95dB(8.98×10-4rad/√Hz),在1kHz时的信噪比约为36.24dB,并且所提出的系统能够以R~2=0.9983的线性振幅响应来重建声学振动信号。同时我们的系统实现了在50 Hz到10 kHz频率范围内的声学振动信号的正确解调。本文提出的基于3×3耦合器并结合不平衡迈克尔逊干涉仪的相位解调Φ-OTDR双路检测系统以及对应的两路DCM解调算法提高了系统解调结果的稳定性,降低了3×3耦合器不完全对称对解调结果的影响,同时结构简单成本低。本方案为动态声学测量提供了一种新的选择,同时为相位解调Φ-OTDR系统在实际应用中保持性能稳定性和可靠性提供了保障。