除耐腐蚀、抗电磁干扰特性外,光纤模式干涉仪还具有灵敏度高、结构简单、易于制备等优点,近年来已开始应用于液位测试领域。为降低温度串扰、拓展液位线性响应测试区域,本文采用电弧放电技术,以纤芯错位和纤芯失配型模式干涉仪为对象,深入开展了温度自补偿型光纤液位传感器和级联结构光纤液位传感器的系统研究。主要研究内容如下:(1)理论研究了基于多模干涉(MMI)和马赫曾德干涉(MZI)的模式干涉原理。利用光束传播法,仿真分析了MMI与MZI中的光纤最佳长度,获得了最优干涉条纹输出。分析了液位变化时传感结构干涉条纹在波长和强度方面的液位原理及温度串扰。(2)研究典型纤芯错位和纤芯失配型(MSM)模式干涉仪的液位传感特性,分析了其线性响应区域与温度敏感特性。为消除温度串扰,提出了一种基于细芯光纤的错位型模式干涉仪。通过精细控制错位量,实现了干涉条纹的高温度响应一致性;进而,采用差分算法实现了温度噪声自消除。实验结果表明该液位传感器的灵敏度达34.9 pm/mm,线性度达0.99。(3)提出一种新颖的级联模式干涉仪,实现了液位-温度的同步测量。结果表明,级联干涉仪的液位灵敏度达259.23 pm/mm,温度灵敏度为15.96 pm/℃,对应温度串扰为0.062 mm/°C。进而,为拓展线性测试范围,开发了多阶级联MSM结构的液位传感器。实验结果表明,二阶MSM结构具有明显的强度调制特性,测试范围40 mm内,液位灵敏度达0.26122 d B/mm;四阶MSM结构则可将线性响应区域提升至65 mm,有效提升液位传感器的实用性。