光纤法布里-珀罗干涉仪（Fabry-Pérot Interferometer,FPI）型传感器通过光纤材料制备FPI结构,当环境参量引起FPI内部的结构参数改变时,可通过观测其光谱变化,进行具体物理量的传感测量。基于级联FPI的光纤折射率和湿度传感器具有体积小、易集成、抗电磁干扰和稳定性强等优点,在大型建筑物的结构健康监测、生物医疗、化工生产、气象预测等领域有着重要的应用。本课题通过调研近几年光纤传感技术的发展现状,针对目前光纤传感器存在着传感精度受限和传感灵敏度不高的问题,提出了基于游标效应级联FPI折射率与温度双参数同时测量传感器,和基于谐波效应级联FPI超高灵敏度的湿度传感器。以级联FPI传感模型为基础,研究了每种结构下传感器的工作原理,并对实验结果进行了分析与讨论。针对光纤折射率传感器存在的温度交叉串扰问题,本文提出一种级联FPI结构下基于游标效应的折射率与温度同时测量的双参数传感器。为实现高精度的双参数测量,本文推导光程接近时级联结构中游标效应产生的包络对比度和波长位置的灵敏度公式,证明此结构的理论可行性。所提传感器由单模-空芯-单模光纤串联熔接形成,其中空芯光纤做封闭空气腔,尾部单模光纤做与外部溶液直接接触的二氧化硅腔。当两腔的光程达到游标效应的匹配条件时,可通过折射率和温度实验测得传感器包络变化的灵敏度矩阵系数,消除双参量测量过程中的交叉串扰。实验上获得的包络折射率灵敏度为-103.965 d B/RIU,包络温度灵敏度为-0.01429 d B/℃、0.05496 nm/℃的双参数测量传感器。该方法在提高测量精度的同时,也利用游标效应实现了传感灵敏度的放大。针对光纤湿度传感器灵敏度较低的问题,本文提出基于谐波游标放大效应的超高灵敏度湿度传感器。该传感器由大光程比的空气腔和壳聚糖薄膜腔级联而成,以此为基础引入谐波游标效应,提出了不受光谱周期限制的内包络拟合技术。实验上获得灵敏度可达-52.26589 nm/%RH的高稳定性、高重复性、低温度串扰的湿度传感器。通过研究谐波游标效应灵敏度放大倍数与级联腔光程的关系,发现此效应可进行灵活的谐波阶数和失配光程的选择,这一优势可很好的解决传统游标效应中光程匹配条件苛刻和灵敏度放大倍数受限的技术难题。实验证明在失配光程为8.712μm的情况下,利用此分析方法仍可实现灵敏度放大倍数高达52.665的湿度传感。