Abstract Dynamic phase demodulation techniques based on phase-sensitive optical time-domain reflectometry ( ϕ -OTDR), including passive 3 × 3 coupler demodulation, offer significant potential in applications involving acoustic sensing and imaging. However, the main challenge to overcome in a ϕ -OTDR system based on a 3 × 3 coupler including eliminating the effect of the three output signals of the 3 × 3 coupler that cannot achieve 120° phase difference. And also, to implement such a system, three high-sensitivity photo-detectors are required to work synchronously. Unlike previous ϕ -OTDR systems based on 3 × 3 coupler, the system proposed herein only needs two photo-detectors, which reduces system hardware costs. In the signal-processing section, we use the improved two-path differential cross-multiplication algorithm to minimize impact of incomplete symmetry of the 3 × 3 coupler. Theoretical analysis, simulation and experimental results show that the proposed structure and algorithm improve the stability and antinoise demodulation of system. Experimental verification shows that the proposed system correctly recovers the actual waveforms of different vibration events occurring simultaneously at multiple positions. The background noise of the proposed ϕ -OTDR system is about − 30 . 95 dB, as well as a detection frequency range from 50 Hz to 10 kHz. This system should provide a new option for dynamic acoustic measurements.

中文翻译：

---

使用改进的双路径 DCM 算法增强相位解调 ϕ-OTDR 的性能

摘要 基于相敏光时域反射计 (ϕ -OTDR) 的动态相位解调技术，包括无源 3 × 3 耦合器解调，在涉及声学传感和成像的应用中具有巨大的潜力。然而，基于 3 × 3 耦合器的 ϕ -OTDR 系统要克服的主要挑战包括消除无法实现 120° 相位差的 3 × 3 耦合器的三个输出信号的影响。而且，要实现这样的系统，需要三个高灵敏度的光电探测器同步工作。与之前基于 3 × 3 耦合器的 ϕ -OTDR 系统不同，本文提出的系统只需要两个光电探测器，从而降低了系统硬件成本。在信号处理部分，我们使用改进的双路径差分交叉乘法算法来最小化 3 × 3 耦合器不完全对称的影响。理论分析、仿真和实验结果表明，所提出的结构和算法提高了系统的稳定性和抗噪解调能力。实验验证表明，所提出的系统正确地恢复了在多个位置同时发生的不同振动事件的实际波形。建议的 ϕ -OTDR 系统的背景噪声约为 − 30 。95 dB，以及从 50 Hz 到 10 kHz 的检测频率范围。该系统应该为动态声学测量提供一个新的选择。仿真和实验结果表明，所提出的结构和算法提高了系统的稳定性和抗噪解调能力。实验验证表明，所提出的系统正确地恢复了在多个位置同时发生的不同振动事件的实际波形。建议的 ϕ -OTDR 系统的背景噪声约为 − 30 。95 dB，以及从 50 Hz 到 10 kHz 的检测频率范围。该系统应该为动态声学测量提供一个新的选择。仿真和实验结果表明，所提出的结构和算法提高了系统的稳定性和抗噪解调能力。实验验证表明，所提出的系统正确地恢复了在多个位置同时发生的不同振动事件的实际波形。建议的 ϕ -OTDR 系统的背景噪声约为 − 30 。95 dB，以及从 50 Hz 到 10 kHz 的检测频率范围。该系统应该为动态声学测量提供一个新的选择。以及 50 Hz 至 10 kHz 的检测频率范围。该系统应该为动态声学测量提供一个新的选择。以及 50 Hz 至 10 kHz 的检测频率范围。该系统应该为动态声学测量提供一个新的选择。