为了实现相对湿度高灵敏、快速、准确的检测，本文提出了一种基于壳聚糖/聚乙烯醇/纳米碳粉复合物涂敷的光纤布拉格光栅湿度传感器。建立了传感器检测相对湿度的理论模型。实验研究了湿度敏感（简称湿敏）膜成分与厚度、温度及光辐射对传感器性能的影响。研究表明，当壳聚糖与聚乙烯醇中纳米碳粉掺杂的质量分数为10%、湿敏膜厚度为185 μm时，相对湿度在20%RH~90%RH（相对湿度单位）范围内传感器灵敏度达到57.7 pm/（%RH），响应时间为420 s，恢复时间为540 s。将传感器封装在黑色聚四氟乙烯毛细管内，且通过引入温度补偿光纤布拉格光栅（FBG-T）的方法对温度进行解耦后，在温度为5~65 ℃、光辐射波长为220~1200 nm、光辐射强度为50 mW/cm²时，传感器测量结果可免疫温度和光辐射的影响，测量结果准确性高、重复性好，且最大相对误差小于5.8%。

为了实现对纸质文物表面杂色曲霉生长过程的在线无损监测，研制了一种反射式光纤光谱传感器，该传感器由1根锥形入射光纤和6根接收光纤构成。首先建立了传感器测量纸质文物表面霉菌微生物的理论模型，接着表征了纸质样品表面杂色曲霉的形貌特征，最后利用传感器对纸质样品表面杂色曲霉的生长过程进行了在线监测。研究表明，该传感器能准确获得杂色曲霉的特征吸收峰（295 nm和390 nm），当杂色曲霉高度在101.1~596.0 μm范围时，传感器输出信号与杂色曲霉生长高度间具有线性关系，检测下限达到10 μm。

为了稳定准确地检测甲醇蒸汽浓度, 该文提出了一种基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的光纤Bragg光栅(FBG)甲醇传感器。首先使用氢氟酸腐蚀部分包层, 在栅区表面涂覆一层PMMA薄膜;然后构建测量系统, 建立了传感器检测甲醇蒸汽的理论模型;最后引入温度补偿单元, 消除温度对甲醇蒸汽浓度测量产生的影响。实验研究了PMMA薄膜厚度和温湿度对传感器灵敏度的影响, 测试了传感器的响应时间、选择敏感性和检测下限。研究结果表明, 在甲醇质量浓度为20~160 mg/L时, 传感器的中心波长漂移与浓度间具有线性关系(线性系数R2=0.992)。在温度20~40 ℃, 相对湿度40%~80%时, 传感器能够准确检测甲醇蒸汽浓度的变化, 其灵敏度为0.292 pm/(mg·L-1), 相对误差为9.3%, 检测下限为20 mg/L。

为了提高光纤苯酚含量传感器的灵敏度和选择性，构建了一种新型苯酚含量表面等离子共振（SPR）光纤生物传感器。传感器主要由辣根过氧化物酶（HRP）修饰 SPR光纤和苯酚选择透过性膜构成。首先在光纤表面聚合聚多巴胺（PDA），用于吸附纳米金成膜并激发SPR效应，随后在金膜表面再次聚合聚多巴胺用于固定HRP，获得HRP修饰SPR光纤。β-环糊精掺杂PEBA2533苯酚选择性聚合物膜固定在HRP修饰光纤表面。水体中苯酚分子自由通过聚合物膜后，吸附在HRP表面，在过氧化氢（H₂O₂）协助下被氧化生成难溶聚合物，增大HRP膜的折射率，促进传感器共振波长发生漂移，提高其灵敏度。研究表明，传感器对苯酚含量的测量具有高选择性和高灵敏度；在传感器采样时间为300 s时，灵敏度和检测下限分别达到224.84 pm·mmol^-1·L和159 nmol/L。

提出了一种基于MobileNetV2和VGG11组分拟合（CF-VGG11）卷积神经网络（CNN）与平行因子分析（PARAFAC）结合的水样分类和荧光组分拟合方法，通过输入单个三维荧光光谱（3D-EEM）数据来预测水样类别、溶解性有机物（DOM）质量浓度等级和荧光组分。算法以PARAFAC结果为基础建立荧光光谱数据集，分两步完成类别与组分的预测：第一步使用MobileNetV2算法对不同水样进行类别预测和DOM质量浓度分级；第二步使用CF-VGG11网络拟合荧光组分。采集地表水、工业废水处理水、污水处理厂进出口水和乡村饮用水4种类型的水样构建数据集，获得了95.83%的分类精度和98.11%的组分拟合精度。实验结果表明，所提方法可对不同水样和DOM质量浓度等级进行准确分类，拟合特定荧光组分，精确定位污染源，并能进行超标预警。

为了定量检测气液两相流中气泡尺寸（气泡截面直径）、气泡频率、气泡上升速率，提出一种光纤光谱气泡特征参数定量检测方法。首先，采用近红外光纤光谱仪、平凸透镜、多模石英光纤、高速摄像机、气液两相流管道、注射泵等构建了气泡特征参数光学检测系统。然后，建立了光纤光谱定量检测气液两相流中气泡尺寸、频率、速率的理论模型，采用Zemax软件仿真分析了光学测量系统的光路传输路径。最后，实验研究了光学测量系统对气泡特征参数定量检测的性能。研究表明，所提出的气液两相流中气泡特征参数检测方法可同时定量检测气泡尺寸、频率和速率，对气泡尺寸、频率、速率检测的最大相对误差分别为9.8%、8.1%和8.7%。

为了实现对H₂O₂浓度选择性、准确的检测,研制了一种基于辣根过氧化物酶(HRP)的光纤倏逝波生物传感器。首先采用氢氧化钠溶液对去除部分纤芯的抗紫外石英光纤进行羟基化,接着利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷进行硅烷化,其次将光纤浸入戊二醛溶液中进行醛基交联,再次将光纤移入对H₂O₂具有选择催化性的HRP溶液中进行HRP分子固定,最后将固定有HRP的光纤在室温下晾干,即可获得HRP固定化光纤生物传感器。实验研究了戊二醛、HRP的浓度和固定时间、H₂O₂溶液的温度对传感器灵敏度的影响,测试了传感器的响应时间、选择敏感性及检测下限,建立了传感器的理论模型。研究结果表明,传感器对H₂O₂有高选择敏感性,在4~20 μmol·L ^-1的H₂O₂浓度范围内传感器的输出信号与浓度间具有线性关系,灵敏度达到-8.164×10 ^-4 μmol ^-1·L,相对误差为7.59%,检测下限达到4 μmol·L ^-1。

为消除工质成分和折射率(RI)对液位测量准确性的影响,利用低包层RI侧发光塑料光纤、反射镜、光纤固定杆和空气密封装置构建了反射式液位光纤传感器。首先,从理论及实验角度研究了光纤包层折射率对不同工质及不同折射率的同种工质液位测量的影响。然后,为了提高传感器灵敏度,研究了光纤螺旋直径和螺距对传感器灵敏度的影响。最后,研究了液位变化速率和工质温度对传感器响应特性的影响。研究结果表明,当工质RI大于光纤包层RI、液位变化速率为10~100 cm/min、工质温度变化范围为10~70 ℃时,传感器的输出与液位间具有线性关系。此外,测量结果不受工质成分、RI及工质液位变化速率的影响,传感器灵敏度可达0.0101 cm ^-1,最大相对误差小于6.85%。

为了实现高温高湿环境下氢气浓度稳定准确的检测,提出了一种新的光纤布拉格光栅(FBG)氢气传感器制作方法。首先,在FBG表面自聚合组装聚多巴胺涂层,并将组装成的涂层用于吸附氯化钯溶液中的钯离子、形成钯核,以增强钯核在光纤表面的黏附强度。其次,利用还原剂为钯离子提供还原位点,将钯核生长为致密的钯膜。再次,在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水薄膜,以增强光纤在高湿环境下运行的稳定性。最后,引入温度补偿单元,消除温度对氢浓度测量产生的影响。实验研究了聚多巴胺厚度、还原剂种类、钯膜厚度和温湿度对传感器氢敏响应特性的影响。研究发现,在温度为30~70 ℃、相对湿度为20%~90%的范围内,传感器能稳定准确地响应氢气浓度的变化,灵敏度达10.80 pm/%、相对误差小于7.2%。

为了获得高灵敏度的塑料光纤折射率传感器, 提出了一种湿腐蚀制备塑料光纤传感器的方法。首先利用三氯甲烷和无水乙醇配制了塑料光纤腐蚀剂; 接着研究了腐蚀剂浓度、温度对塑料光纤腐蚀速率及腐蚀后表面形貌的影响; 然后研究了传感器经不同浓度和不同温度腐蚀剂腐蚀后的传输光谱特性; 最后利用葡萄糖溶液测试了经过不同腐蚀条件腐蚀后的传感器灵敏度。实验结果表明, 光纤的腐蚀速率随着腐蚀剂浓度和温度的升高而增大; 光纤腐蚀后的表面形貌、光谱传输特性及传感器灵敏度受腐蚀条件影响显著; 当腐蚀剂温度为20℃、浓度为70%时, 可以获得光滑、干净的腐蚀光纤表面, 此时传感器具有较好的光谱传输质量, 同时传感器的灵敏度达到3.8[(RIU)]-1。