在数字信息时代,万物互联已成为一种趋势,智能硬件、智能工厂、智能汽车等领域也随之高速发展,因此传感器的研究也日趋重要。但是国内的传感器在测量精度、分辨率、稳定性、温度特性以及响应时间等指标与国外同类产品还有相当大的差距。本文通过科学的设计与元件选择研制了一套基于折射率检测的高分辨率传感器系统。这套系统能兼容全反射、表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)两种不同的传感结构,可以根据不同的应用场景,选择相应的传感结构。为了提高系统的分辨率,我们从系统和算法两方面对系统进行了优化研究。在系统上,我们分析了信噪比与像素灵敏度的矛盾关系,并通过反复实验平衡了这两者对系统分辨率的约束,使系统性能达到最优状态;同时在算法上,采用了行平均、多项式拟合以及滑动窗口点平均等算法来降低系统噪声。系统折射率测量灵敏度是使用葡萄糖梯度定标实验得到的,再根据系统灵敏度计算系统折射率分辨率。优化后的全反射传感器的折射率分辨率最高能达到8.13710 RIU-?(Refractive Index Unit,折射率单位),SPR传感器的折射率分辨率最高能达到9.29810 RIU-?。通过理论分析与计算,我们发现全反射型适合低成本较高精度的体折射率测量,SPR型有很高的表面灵敏度,适用于多层分子的检测。我们用两种传感器分别进行了化学及生物实验验证。针对全反射传感器的高折射率分辨率与耐腐蚀的优势,用其监测电池检测系统将钒电池电解液钒离子价态从纯五降至纯二的过程,验证了全反射传感器应用于化学监测的可行性。实验测得的钒离子平均价态分辨率为0.0054%,比现有检测方法高出了一个量级,处于国际领先地位。针对SPR传感器的不同界面属性,利用多巴胺粘附修饰原理及牛血清蛋白封闭作用对传感芯片进行生物检测功能化,并用兔免疫球蛋白与金黄色葡萄球菌细胞壁蛋白A之间的特异性结合过程监测实验,实验测得的结果能够很明显地看到两种生物分子特异性结合的变化,验证了SPR传感器应用于生物检测的可行性。本文仅用最基本的单层金膜结构,其检测灵敏度及折射率分辨率指标就达到了主流的SPR水平,大大降低了成本,具有很大的商业化潜力。