【1】分布式光纤振动传感基础原理
分布式光纤振动传感技术基于瑞利散射原理。瑞利散射的光频率与入射光频率相同。能量大约是入射光的千分之一，是散射播中能量最大的，瑞利散射波对振动极为敏感。
外界的任何振动波（包括声波），都会对光纤内的玻璃晶格产生影响，造成晶格的同频振动；一定强度的光打入光纤后，就会收到约千分之一的瑞利散射回波，这些回波会将晶格的振动信息带回来；当我们对这些信息解调分析后，再经过降噪，解析，还原等一系列算法，就可以将振动区域的振动信息进行采集分析，并确定振动区域的位置。
【2】光纤振动监测的技术
光纤振动监测技术依据瑞利散射基本原理，结合φ-OTDR（相位敏感光时域反射）与P-OTDR（偏振敏感光时域反射）技术以及信号分析处理算法，实现了光纤振动传感监测。
- 光纤中的偏振态
光信号在传输介质中传输，在垂直传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动状态，这些不同的振动状态就称为偏振态。常见的偏振态有线偏振态、圆偏振态、椭圆偏振态三种。光在光纤中传输时，由于边界的限制，其电磁场是不连续的，这种不连续场的解称为模式。只能传输一种模式的光纤为单模光纤；能同时传播多种模式的光纤为多模光纤。多模光纤中，由于不同模式光的偏振态是随机分布的，使得光纤中输出光的偏振态呈现自然光的特性，因此只有在单模光纤的光信号具有偏振特性。
光纤中传播的偏振光若要保持稳定的偏振态，则在 x 轴和 y 轴两个方向上的偏振光的相位差δ=δ2-δ1应保持恒定。但由于单模光纤中存在固有双折射，这会为 x 轴和y 轴两个方向上的偏振光引入随距离持续变化的附加相位差，因此偏振光在光纤中传播时，其偏振态会随着其在光纤中的传播而不断变化。只有当光波为线偏振光且始终沿 x轴或y轴振动，其偏振态才保持不变。
但由于单模光纤中的归一化双折射B=(nx-ny)/n很小，一般在
~
，当其产生弯曲或受到温度、扭转等外部作用时，极容易是两个方向上的偏振光产生耦合，因此单模光纤的双折射轴在光纤沿线的分布具有随机性，实际的单模光纤中的偏振态不能保持恒定。对于高双折射的保偏光纤，其归一化双折射 B 高达 10-3 以上，可以有效保证双折射轴的稳定性。因此当线偏振光沿着其 x 轴或y 轴方向振动时，可以有效保证光波的偏振性。
用来描述光纤传输特性的传输矩阵可以表示为如下的形式：
R（β）=R（γ、φ、θ）=Rx（γ）RY（φ）RZ（θ）
2.POTDR应用
由于外部的扰动会改变光纤的双折射，而光纤的双折射又会进一步改变光纤传输矩阵中的晶格矩阵元素，因此光纤外部的扰动最终会反映在光纤中光波的偏振态上。当光波在光纤中产生瑞利散射时，会保持光波原有的偏振态；当光纤上存在外界作用时，瑞利散射光的偏振态会发生改变。因此，通过测量光纤中瑞利散射偏振态的变化，便可实现外部信息的传感。
【3】分布式光纤传感主机
超窄线宽光源、脉冲EDFA、Raman放大器、调制器、波分复用、检偏器等光学器件。
光源是一个超窄激光器，通常采用1550nm波长的激光(1550nm波长区为单模光纤通信方式)，另外如果要实现空间分辨率为1m，激光器发射进入光纤的泵浦脉冲光具有一定的持续时间
，计算出
=10ns，则激光器的的光脉宽必须在10ns以下。 光源通过调制器进入掺铒光纤放大器（EDFA），发射脉冲光信号。对于脉冲光信号的线宽有一定的要求，为防止激光器产生退偏效应，光源的线宽不能太宽，于此同时，线宽也不能太窄，因为在线宽太宽时，背向瑞利散射光容易产生干涉，造成功率上的波动，从而影响偏振态的检测。值得注意的是，为使两个脉冲采样不相混，须等第一个脉冲散射回的信号处理后，才能发送第二个脉冲，即要求两次采样脉冲的信号时间间隔必须大于2L/v。设传感光纤长度为L，脉冲重复频率应当满足条件：
.假设系统的传感距离10km，计算得到激光器的脉冲重复频率应为10KHz。
放大电路及采用多级互联放大和噪声抑制相结合的技术处理，以提高信噪比，获得高质量的输出信号给后级数据采集卡（光探测器）。
光纤就是传感器，无需对光纤做任何调整和改造。光纤后向散射光纤中，包含了三种光成分：瑞利光、斯托克斯光和反斯托克斯光。其中，瑞利光的强度最大，其次是斯托克斯，反斯托克斯最弱，一般来说，波分复用、滤波器的目的就是要让瑞利信号信号最大限度通过。
检偏器是用来检测背向瑞利散射光信号中某一特定偏振态的光。瑞利光的强度虽然在回波中最大，也是相对而言，其总体信号还是弱的，为能有效地探测到光信号，可以采用高增益的雪崩二极管（APD）。光电探测器通过雪崩管将光信号转换为电信号，由于电信号非常的微弱，需要对电信号进行放大处理。通过多级的放大电路将电信号放大足够大，满足ADC芯片进行模数转换要求。采样速率越高，则采样点数越多，空间分辨率越高。在对A/D采样板进行设计时，其采样速率需要根据产品性能设计要求合理选择A/D芯片采样分辨率。A/D芯片采样分辨率是指A/D采样芯片可以分辨的输入信号的最小变化量，通常由A/D的最低有效位（LSB）决定。要保证系统的稳定性和可靠性，必须增加A/D采样芯片的位数，可相应提高模数转换的精度和可靠性。
系统将固定频率和波长的探测光从光纤的一端注入，光纤的每一个位置都会产生背向瑞利回波，该回波中携带有光纤分子团晶格的声波场参量。当周围环境的振动能量传递到光纤中的玻璃晶格上时，晶格产生的瑞利背向回波的偏振态会随着晶格的振动频率而振动。经波分复用器和光电检测器采集带有偏振信息的背向瑞利散射光信号，解调该偏振振动能量差，即可得到该点的振动场特征，经过系列算法实现现场实时感知。
另外，可能还会涉及到光开关器件。如果主机需要支持多路（多通道）光纤感知要求，就需要采用光开关切换器来对测量光纤进行路数扩展，从而实现一路扩展多路通道。在测试过程中，测试完一路光纤通道后，立马切换到下一路光纤通道，对每路光纤通道进行轮询采样测试。
当然，一体化光纤感知主机，诸如电源、机箱、显示、散热、作业监测等都是产品组成部分，均需要从整体设计考虑到各个器件选型要求。
