氢气是一种清洁可再生的能源,在汽车工业、航空航天、冶金、化学合成等领域得到广泛关注,然而由于其燃点低、易扩散、爆炸范围宽等特性,氢气易于泄露甚至爆炸,因此对氢气浓度的有效监测是必要的。由于光纤传感器具有体积小、抗电磁干扰、本质安全以及便于远程监测等优点,可应用于高温高压、强电强磁等恶劣环境中,使其在氢气传感领域得到了越来越多的关注。本文结合氢气特性和光纤传感原理,提出一种基于光子晶体光纤（PCF）模间干涉仪的氢气传感方法,并选用Pd/WO3作为氢敏膜,用于氢气浓度检测。针对该传感系统中存在的关键问题,提出相应的解决思路并进行实验探究,以进一步扩大该氢气传感器的应用领域。本文主要完成的研究工作内容如下:（1）设计并实现了一种基于PCF模间干涉仪的氢气传感器。首先,论述分析模间干涉仪的传感原理,同时对Pd/WO3膜的氢敏机理进行理论建模,得到氢敏膜对氢气浓度变化时的响应方向和数量级,进而对镀膜后的模间干涉仪进行仿真分析和结构优化。然后,采用溶胶凝胶法制备Pd/W03氢气敏感型水凝胶,并用提拉法将水凝胶均匀地涂覆在PCF上形成氢气敏感膜,通过对实验过程中的各工艺参数进行控制和优化,最终形成了一套实用可行且稳定性较好的制备工艺与流程。最后,对传感探头进行制作和优化,并完成供气系统的搭建,对该氢气浓度检测系统进行实验测试,结果表明:在0-1%氢气浓度范围内,模间干涉仪的干涉谱会随着氢气浓度的增加向短波长方向移动,灵敏度可达1.04nm/%,在30分钟内测量记录10次得到不同浓度下的干涉谱特征波长随时间推移均能保持较长时间的稳定,波长出现漂移最大误差均<3%。进行三组重复性实验,其灵敏度的最大相对误差为2.5%,表现出了较高的灵敏度,良好的稳定性和重复性。（2）为了解决氢气传感器中存在的氢气浓度与温度的交叉敏感问题,提出并设计了一种基于模间干涉仪和光纤环镜的氢气浓度和温度同时测量系统。针对本文提出的光纤氢气传感器对外界温度和氢气浓度变化都同时敏感的问题,通过巧妙地引入对温度较为敏感的高双折射光纤环镜,不仅实现了对氢气浓度和温度的同时测量,也解决了两者之间的交叉敏感问题。实验结果表明:该系统氢气浓度的测量灵敏度为-1.12nm/%,同时组合后的高双折射光纤环镜实现了 1.84nm/℃的相对较高的温度灵敏度,消除了温度交叉敏感问题。（3）为了实现氢气浓度的远距离、高精度测量,设计了基于模间干涉仪的反射式氢气传感器,并根据输出信号特性,提出了光纤环形激光器解调技术,以改善传感器输出谱的对比度和分辨力。前面所提出的传感器均为透射式传感光路,传感探头两侧均有光纤,不仅会带来更多的损耗和干扰点,也给远距离测量带来了不便。本文通过采用合适的熔接技术,将透射式的氢气传感结构改成反射式的,并实验测得该结构的氢气测量灵敏度可达1.21nm/%,线性度良好。然而基于模间干涉仪的传感器还存在多个模式相互干涉、干涉光谱混乱、寻峰困难的问题,给氢气浓度的测量带来误差。针对这个问题,本文在反射式氢气传感器的基础上,引入光纤环形激光器解调技术,使传感器输出干涉光谱具有明显改善的对比度和分辨力。实验结果表明:该系统的氢气浓度测量灵敏度可达1.28nm/%,同时光谱具有高的信噪比（～30dB）,窄的3dB带宽（～0.05nm）和低的检测限（0.013%）。综上,本文提出并制作了一种基于模间干涉仪的氢气传感器,具有结构简单灵活、测量灵敏度较高的优点,并实现了氢气浓度的测量,针对温度交叉敏感、不便于远距离测量、光谱解调困难的问题提出解决方案并进行实验探究,拓展了光纤氢气传感器的应用范围。