光纖溫度傳感器工作原理為:在低溫區（400℃以下）,輻射信號較弱,系統開啟發光二極管(LED)使熒光測溫系統工作。發光二極管發射調制的激勵光,經聚光鏡耦合到Y型光纖的分支端,由Y型光纖并通過光纖耦合器耦合到光纖溫度傳感頭。

光纖傳感頭端部受激勵光激發而發射熒光,熒光信號由光纖導出,并通過光纖耦合器從Y型光纖的另一分支端射出,由光電探測器接收。光電探測器輸出的光信號經放大后由熒光信號處理系統處理,計算熒光壽命并由此得到所測溫度值。而在高溫區（400℃以上）,輻射信號足夠強,輻射測溫系統工作,發光二極管關閉。輻射信號通過藍寶石光纖并通過Y型光纖輸出,由探測器轉換成電信號,系統通過檢測輻射信號強度計算得到所測溫度。

光纖傳感頭端部由Cr3+離子摻雜,實現光激勵時的熒光發射。摻雜部分光纖長度為8～10mm。端部光纖的外表面同時鍍覆黑體腔,用于輻射測溫。(這時,光纖黑體腔長度與直徑之比大于10,可以滿足黑體腔表觀輻射率恒定的要求)。值得注意的是,避免或減少熒光發射部分與熱輻射部分的相互干擾,對保證整個系統的性能十分重要。

經過分析,可以發現這種干擾主要表現為:1)熒光信號中輻射背景信號對熒光壽命檢測精度的影響,2)光纖表面鍍覆對熒光強度的影響,3)光纖內Cr3+離子摻雜對黑體腔熱輻射信號的影響。