我国的大型工程建设规模十分庞大,然而在长期的使用中,大型工程的结构会发生各种各样的安全问题,一旦发生重大事故,将严重威胁人民生命财产安全与社会稳定。工程结构出现隐患或已经存在问题时,会产生频率不同的振动或改变其固有的谐振模态,通过对振动信号的检测,即可实现对工程结构的监测。相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)具有长距离分布式传感的特点,与其他分布式光纤传感仪相比,Φ-OTDR系统对振动的灵敏度高,响应速度快,能够实现多点监测,因此特别适合于工程结构安全监测领域的振动检测,具有广泛的应用与研究价值。一方面,大型工程由于本身的晃动或者结构的损坏,会产生频率范围为10-1Hz到数百kHz的振动,因此Φ-OTDR系统的探测频率范围需要尽可能包含所有的振动频率;另一方面,工程结构的异常在空间分布上的随机性决定了在监测中需要Φ-OTDR能够实现全覆盖式的实时监测。然而,传统的Φ-OTDR系统的频率响应范围上限受传感长度的制约,难以兼具高频率探测范围上限以及长传感距离;并且,由于传统Φ-OTDR系统中光学背景噪声的影响,低频振动会被光学背景噪声掩盖,从而使得低频振动无法被探测;此外,在光纤中散射点产生的背向瑞利散射信号(RBS)叠加的过程中,由于强度及相位的随机性,导致相干衰落效应的产生,从而形成探测死区。上述问题都会限制Φ-OTDR在大型工程结构安全监测中的应用效果。为了扩大系统的频率探测范围上限,减少死区对振动检测的影响,本文在Φ-OTDR系统中引入了频分复用结构以及在传感光纤中嵌入了人工微结构。实验中搭建了基于频分复用技术以及人工微结构的Φ-OTDR系统,将系统的频率范围上限提高到传统Φ-OTDR系统的频率范围上限的三倍,并实现了振动信号的相位恢复。与此同时,实验中在传感光纤中嵌入人工微结构,产生位置固定且一致性好的高强度的反射光代替强度和相位随机的RBS,从而减少探测死区,提高系统信噪比。因此,构建的Φ-OTDR系统在具有较好的高频响应能力的同时也避免了死区的影响。其次,为了解决低频定量测量的问题,本文在Φ-OTDR结构中引入自相干结构,减少光学背景噪声造成的影响;对自相干结构进行隔振封装,实现环境背景低频噪声的隔离。本文搭建了基于固定反射点的自相干Φ-OTDR系统,实现了低至0.1Hz～1 Hz的振动频率范围内较为精确的定量测量。因此构建的基于Φ-OTDR的分布式振动传感系统可以实现低频振动的定量测量,并扩大Φ-OTDR系统的定量测量适用频率范围。本文通过对光学系统与传感光纤结构方面的改进,实现了具有无死区宽频测量特性的Φ-OTDR系统,有望进一步推动该技术在工程结构安全监测领域的应用。