氢以其独特的优势,现已成为二十一世纪最重要的清洁能源载体之一。但氢气化学性质活泼,在氢能制取、贮存、运输和加注等各个环节中,泄漏的氢气极易导致重大事故,因此氢气的泄露监测必不可少。光纤氢气传感器是一种采用光作为氢气浓度信息传递媒介的传感器,具有本质安全、体积小及易遥测等独特优势,适用于各种危险复杂环境中氢气浓度的实时监测。现有的光纤氢气传感器主要利用钯(Pd)或其复合薄膜材料吸氢后物理性质(折射率、反射率、体积等)的变化,对光信号的强度、波长、光程和偏振态等进行调制,从而实现对环境中氢气浓度信息的感知。然而受制于氢气在Pd层中的扩散作用,传感器的灵敏度和响应速度间存在不可调和的矛盾。本文针对光纤氢气传感器研究中存在的问题,提出了搭载Au-Pd核壳纳米颗粒膜的多层透射式光纤氢气传感器,在保持纳米颗粒膜较快响应速度的同时通过增加膜片数量来增大对光强的调制次数,从而提高对氢气的灵敏度,实现灵敏度和响应速度的协调优化。本文的主要工作如下:1)建立了单层核壳纳米颗粒膜的透射光强模型,分析了Pd壳厚度及覆盖率对透射光强的影响规律,以及纳米颗粒膜在吸氢气前后因介电常数改变引起的透射光强变化;2)采用种子生长法制备了粒径小、尺寸范围窄的Au-Pd核壳结构纳米颗粒,采用水平离心沉积法在玻璃基片上制备了均匀分散的纳米颗粒膜。通过多种表征手段对纳米颗粒的成分及形貌进行研究,对纳米颗粒膜的膜厚和覆盖率进行了测量分析。通过反射式传感实验平台测试了纳米颗粒膜的各项特征参数(Pd壳厚度和覆盖率)对其通氢响应特性影响规律;3)设计了一种噪音小、性能稳定的多层透射式光纤氢气传感系统。建立了多层氢敏膜增敏的理论模型,揭示了膜片数量及纳米颗粒膜的透射率对传感器增敏效应的影响规律;4)在多层透射式光纤传感系统平台上,对搭载不同数量、不同Pd壳厚度的单层Au-Pd核壳纳米颗粒膜传感器的通氢响应特性进行了测试分析,研究了Pd壳厚度和膜片数量对传感器响应特性的影响规律,验证了该传感器能够实现响应速度和灵敏度的协调优化;在常温常压下对多层透射式光纤氢气传感器进行了多次连续通放氢测试,分析了传感器的灵敏度、稳定性以及重复性,验证了传感器具有较好的实用价值。