随着医疗技术的进步以及老龄化社会的到来,人们对于健康监测的需求日益强烈。其中对关节弯曲角度的检测和评估是健康监测的重要组成内容。不仅如此,关节弯曲检测技术也是智能机器人、人体运动监测以及交互式游戏等领域的关键技术之一。传统的电类传感器对电磁干扰敏感,使得光纤弯曲传感逐渐成为该领域的研究热点。虽然已有很多种不同解调方式的光纤弯曲传感器,但大多都难以达到制备成本、探测灵敏度和人体穿戴的舒适度之间的平衡。为了解决上述研究难点,本文基于锥形结构的塑料光纤（POF）提出了两种新的解决方案:双U型结构级联锥形POF的弯曲传感器和刻槽型级联锥形POF的弯曲传感器。主要研究工作如下:1.设计了双U型结构级联锥形POF的弯曲传感器结构,利用COMSOL软件对传感元件进行了基于射线追迹法的数值模拟,分析了光线在该结构中的传播原理以及双U型结构参数对光透过率的影响,获得了弯曲半径与光透过率之间的规律曲线。实验制备了双U型锥形POF弯曲传感元件并利用PDMS膜将其封装,测试了该传感器的工作性能,同时分析了传感元件的结构参数以及温度因素对其性能的影响。实验结果表明,当双U型锥形POF弯曲传感元件的锥腰区直径d≈166μm,锥区长度L=15 mm以及双U型结构弯曲直径2ρ=1.5 mm时,在弯曲角度0～105°范围内,它的灵敏度可达0.070 d B/°,线性度5.02%。2.提出了刻槽型级联锥形POF的弯曲传感器结构,其可以实现对弯曲方向的检测。对传感元件利用MATLAB进行了仿真分析,得出该结构的输出光损耗与弯曲角度之间呈线性关系的结论。在实验中制备并封装了刻槽型锥形POF弯曲传感元件。同样对传感器的静态工作性能参数进行评估,也考虑了该传感的结构参数及温度因素对其工作性能的影响。实验结果得出,当刻槽型锥形POF弯曲传感元件的锥腰直径d=250μm,锥区长度为L=10mm,刻槽数n=5,刻槽深度h=100μm时,在正向弯曲角度0～100°范围内,灵敏度最大为0.046 d B/°,线性度为3.54%;在反向弯曲角度-60～0°范围内,灵敏度为0.020 d B/°,线性度为8.85%,温度变化在20～45℃范围内对传感器的性能影响可忽略。3.开展了两种基于锥形结构的POF弯曲传感器应用于人体关节弯曲检测的实验。结果表明,两种传感器均对手指压触、指关节弯曲、腕关节弯曲具有较好的响应度。两种类型的光纤弯曲传感器都可以分辨关节弯曲的角度大小及速度变化。其中刻槽型锥形POF弯曲传感器检测腕关节弯曲还可以分辨腕关节向前弯曲、向后弯曲两种状态。实验表明了两种基于锥形结构的POF弯曲传感器在人体关节弯曲检测领域具有一定的应用潜力。