近年来，随着中国经济社会的快速发展，雾霾现象频繁发生，其中的罪魁祸首PM2.5严重影响空气质量，对人体健康危害极大。因此，对室外PM2.5浓度的实时检测尤其重要。光纤传感器以其灵敏度高、耐腐蚀、插入损耗低、抗电磁干扰、可用于分布式测量等优点得到了广泛应用。然而，基于光纤传感的室外PM2.5浓度实时检测尚没有被详细地研究。本文的主要创新点及研究内容如下:　　(1)研究了取样光纤光栅的结构，针对取样光纤光栅的反射谱特性进行了理论研究，运用传输矩阵法推导出了取样光纤光栅结构的理论模型及透射率、反射率的数学表达式，然后在MATLAB软件平台上进行数值仿真实验，详细研究和分析了取样光纤光栅总长度L，取样周期P，折射率调制强度、占空比T对其反射谱特性的影响规律，仿真结果表明，占空比T=0.1时，取样光纤光栅梳状谱特性最为理想，反射峰值比较均匀接近于1，旁瓣干扰较小。　　(2)利用传输矩阵法，选择合适的参数，针对取样光纤光栅温度-应变交叉敏感问题进行了研究，设计了一种新型的基于取样光纤光栅的温度-应变交叉传感器，其应变测量范围为0με～2000με，温度测量范围为-50℃～200℃。同时，还在OptiGrating软件平台进行了仿真验证实验，研究获取了取样光纤光栅温度及应变的传感特性仿真数据，并在此基础上，将温度和应变这两个参量相结合，应用SPSS软件，采用线性回归分析法，得到取样光纤光栅同时测量温度和应变的双参量矩阵方程，并标定了矩阵方程中的4个传感系数A、B、C和D，其值分别为-0.000337/με、-0.000115/℃、-0.000545nm/με和0.012806nm/℃。研究结果表明，通过测量取样光纤光栅反射谱的反射率变化值和波长漂移量，只需一套解调系统，就能够实现单根取样光纤光栅同时测量应变和温度的目的。并且，由于取样光纤光栅成本低，且易于制造和集成，使得所设计取样光纤光栅温度-应变交叉传感器及其解决方案在某些应用场合具有较好的潜在应用价值。　　(3)在上述两点基础上，针对滤膜称重法实时性较差的缺点，结合国家环境空气监测标准，设计了一种基于光纤传感的室外PM2.5浓度实时检测系统，可以用于测量大气细颗粒物(PM2.5)的1小时平均浓度值及日平均浓度值。根据检测系统所需完成的功能，并将整个系统划分为四个功能性模块，针对每个功能模块，分别进行了功能、工作流程以及实现方式的阐述。同时，还在MATLAB软件平台，进行了系统监测界面的仿真研究。最后，对检测系统的误差进行了深入的研究与分析，详细阐述了系统可能出现的误差，并给出了具体的改善方法。