扭转是物体结构监测最重要的机械参数之一,对许多工程应用有重要的参考指导意义。近年来各种类型的扭转传感器在大到如桥梁、隧道、大坝等大型建筑物的健康监测,小到如机器人关节结构感应、生物医学微创检测等领域得到了广泛应用。与传统的电磁和电子扭转传感器相比,基于光纤的扭转传感器由于体积小、易于集成、抗电磁干扰和灵敏度高等优点,已经逐渐成为新的研究热点。本文提出并制备了一种基于保偏光纤的高灵敏度扭转传感结构,对其扭转传感性能进行理论和实验研究。理论分析并数值模拟了扭转传感结构的透射光谱随单模光纤和保偏光纤扭转角度的变化关系。对不同长度保偏光纤的干涉结构,分别扭转传感结构中的单模光纤和保偏光纤,测量不同光纤部位的扭转传感灵敏度。主要的工作内容如下:用矩阵光学的理论分析了偏振光在保偏光纤干涉结构中的传输特性,推导出扭转单模光纤和扭转保偏光纤时的透射光强琼斯矩阵表达式。数值仿真模拟了相应的透射光谱以及透射光谱随单模光纤和保偏光纤扭转角度的变化规律。改变接入保偏光纤的长度参数,数值模拟得到不同长度保偏光纤的干涉结构的扭转传感灵敏度与保偏光纤的长度无关。搭建了光纤扭转传感平台,制备了基于保偏光纤的干涉型扭转传感结构,传感结构由两个光纤偏振器和一段保偏光纤组成。扭转传感结构中的单模光纤时,测得在0°到±100°范围内扭转灵敏度为5.73d B/rad。扭转保偏光纤时,透射共振峰的强度随扭转角度呈类似二次曲线的周期性变化,从而可以实现在小扭转角度范围的高灵敏度传感。扭转角度在0°到±10°和±10°到±20°范围内扭转灵敏度分别达到89.4d B/rad和30.36 d B/rad。保偏光纤的扭转传感灵敏度相比于单模光纤提高了近一个数量级。实验结果表明改变接入保偏光纤的长度对传感结构的扭转灵敏度没有影响,这与理论模拟的结果一致。