本发明公开了一种测量海水温盐的级联孤子自频移全光纤传感系统及方法，其特征在于，所述系统包括：光纤激光器，光纤传感器，光谱仪，上位机；其中，光纤激光器与光纤传感器相连，光纤传感器与光谱仪相连，光谱仪与上位机相连；采用该系统的测量方法包括以下步骤：(1)光纤激光器发射的激光脉冲，直接耦合进空气孔中填充有海水的碲酸盐光子晶体光纤传感器，产生级联双孤子；(2)该级联双孤子经过碲酸盐光子晶体光纤传感器的另一端传输至光谱仪；(3)光谱仪在上位机显示图谱的变化。本发明提出的光纤传感系统及方法，结构简单、制作成本低、全光纤化，是实现海水温度与盐度检测的有效手段。