光纤声波传感器不仅灵敏度高、频带响应宽,而且还可以在高温高压、强辐射和强腐蚀等环境中工作。近年来,光纤声波传感器取得快速发展,尤其是膜片式的非本征法布里-珀罗干涉型（EFPI）光纤声波传感器。但是,此类传感器还存在着工作点漂移、稳定性低以及难以实用化的问题,本文对膜片式的非本征法布里-珀罗干涉型（EFPI）声波传感器在声压敏感材料、结构设计、信号处理以及在水下定位应用进行了深入的研究,主要工作体现在以下几个方面:（1）一方面,本文采用外径2.5mm陶瓷喇叭口插芯作为膜片支撑结构,分别与单层石墨烯/PMMA复合薄膜和纯PMMA薄膜的两种声压敏感膜片构成两种光纤声波传感器。另一方面,采用内径为125 μm的陶瓷插芯作为膜片支撑结构,分别与单层石墨烯/PMMA复合薄膜和纯PMMA薄膜的两种声压敏感膜片构成两种光纤声波传感器。通过比较四种光纤声波传感器的性能,得到外径2.5 mm陶瓷喇叭口插芯作为单层石墨烯/PMMA复合薄膜支撑结构的光纤声波传感器的性能最优的结果。在消音室内,此传感器在频率为6 kHz的最小可测噪声等效声压为2.8 μPa。（2）针对干涉型光纤传感器工作点漂移导致信号衰落的问题,研究了用于信号补偿的双Fabry-Perot（F-P）腔正交解调法。理论上详细推导了双F-P腔正交解调方法,同时用MATLAB进行了原理仿真。并且基于该解调方案搭建了声波传感器系统,测试了传感器的特性,表明双F-P腔光纤声波传感器可以有效克服输出信号衰落的问题。（3）搭建了膜片式光纤声波传感器水下传感系统,对光纤声波传感器水下性能进行了测试,同时与传统压电式水听器在频率响应和信噪比等性能方面进行了对比实验。实验结果表明,相比于压电水听器,光纤声波传感器的频率响应更平坦,平均信噪比更高。进一步搭建了阵列式光纤声波传感器水下定位系统,根据时延估计原理定位声源位置。实验结果表明,相比于压电式水听器阵列,光纤传感器阵列信噪比高、水下抗干扰能力强、定位准确度高、体积小。在水下机器人定位导航、沉船打捞等方面具有广阔的应用场景。