随着环境保护和清洁能源使用的倡导，天然气的运用越来越广泛，而管道运输作为天然气的主要输送方式，却经常存在着泄漏的风险。因此，对于天然气管道运行的实时监测是一个非常有意义并富有挑战性的研究。本文以天然气管道为检测对象，运用光纤传感器的干涉型分布式光纤传感技术，选择合适的信号解调方法，对光纤传感器天然气管道泄漏检测系统与检测装置设计进行了研究。（1）研究了光纤传感器的干涉测量技术，搭建了基于Mach-Zehnder和Sagnac混合干涉原理的光路测量架构，并通过数学公式推导出检测系统的干涉测量原理，根据仿真分析了光路测量架构结构参数的选择。（2）对比分析了光纤干涉仪的信号解调方法，研究了基于PGC解调的实现原理，并对PGC解调模型进行数学分析，设计并制作了PGC解调电路模块，通过将高频载波生成模块、信号调理模块和PGC解调模块集成设计，简化了系统结构并提高了解调电路性能。（3）根据天然气管道泄漏检测方法和定位原理，搭建了管道泄漏检测实验平台，优化实验架构环境，并提出了天然气管道泄漏检测实验系统技术指标。（4）设计并制作了基于LabVIEW系统开发平台的数据采集模块，并研究了基于小波变换的检测信号消噪处理方式，完成了对检测信号的消噪处理。（5）利用研制的天然气管道泄漏检测系统，在管道泄漏检测实验平台上，进行了一系列针对检测系统性能的实验，根据实验中存在的问题，分析研究了影响检测系统性能和定位精度的因素，并提出了改善检测系统性能和定位精度的方法。通过实验分析可知，本文设计的基于PGC解调的光纤传感器天然气管道泄漏检测装置，能够对泄漏孔径Φ≥2.5mm，管道内气压P≥0.2MPa的管道泄漏进行有效检测。在泄漏点位置分别为8.045km和10.058km处进行了天然气管道泄漏检测实验并重复做了20次试验，实验结果表明，检测系统对管道泄漏检测的平均定位误差不超过150m，相对定位误差不大于1.5%。