我国大型基础设施(如桥梁、轨道交通、地下传输管道等)的正常运作是我国经济发展的重要保障,所以针对上述基础设施结构的安全监测是至关重要的。目前最先进的监测手段主要为分布式光纤传感技术,其通过检测振动信号来确定事故位置。该技术分为干涉型光纤传感技术和后向散射型传感技术。其中干涉型系统具有宽频检测能力,但是较难实现故障的精确定位;而后向散射型系统能够精准定位振动点,但是只能测量较低的频率。当前基础设施运作环境较为复杂,当有故障发生时,会产生频率不同的振动,频率最高可达兆赫兹。因此,单单采用其中一类传感技术不能够准确地、全面地识别故障信号。为此本文设计了一套基于相位敏感型光时域反射计(Phase-sensitive optical time domain reflectometry,Ф-OTDR)和马赫泽德干涉仪(Mach-Zenhder interferometer,MZI)相融合的系统。使用Ф-OTDR系统定位故障点,使用MZI系统获得故障宽谱频域信息,实现了分布式光纤故障监测系统同时具有精确定位和宽频测量的能力。本文主要工作如下:1、深入研究了Ф-OTDR系统与MZI系统的传感基础理论及信号处理方法,分析了影响系统性能指标的因素。自主设计了基于Ф-OTDR和MZI相融合的物理结构。对复合系统进行初步的性能测试,传感距离为20km,空间分辨率最约为15m,频率响应范围可达50Hz～2.5MHz。结果证明该复合系统能够实现振动定位和宽频响应,但是系统的动态范围和空间分辨率不够理想。2、为了提高Ф-OTDR分系统的动态范围,本文进一步研究脉冲编码技术的产生原理以及解码方法。通过综合考虑编码生成的难易程度、解码的时间以及增益效果,最终决定将Simplex编码应用在Ф-OTDR分系统中。通过进行了3阶、7阶和15阶的Simplex编码实验,证明了采用Simplex编码脉冲光能够在不增加脉宽的情况下提高动态范围。并且Simplex编码的阶数越大,动态范围提升越多。3、对复合系统进行了集成化设计,搭建了工程试验机。利用Visual C++6.0设计了具有实时监测和报警定位等功能的监测软件。通过实验测试了基于7阶Simplex编码分布式监测系统的传感距离和空间分辨率等性能参数。结果表明,基于7阶Simplex编码的Ф-OTDR马赫泽德光纤振动传感系统的动态范围和空间分辨率都有所提高。其传感距离为41km,空间分辨率最优为10m。最后将工程试验机送到输水管道现场进行实地测试,测试结果表明试验机能够具有宽频测量和准确定位故障的能力。