可调谐半导体激光光谱吸收(TDLAS)技术是气体浓度、温度、压强、流速等参数测量中的常见方法,随着稳定可靠、窄带宽、可在室温下使用的可调谐激光器的出现,TDLAS技术近年来飞速发展,在气体检测领域应用广泛。基于TDLAS进行气体浓度检测主要有直接吸收和波长调制两种方法。直接吸收方法简单、无需标定,但是在低浓度吸收情况下误差较大;波长调制方法通过在低频信号上叠加高频调制信号,有效抑制了低频噪声,系统灵敏度较高。但常用的标定方法并不能满足实际应用的要求,随着TDLAS技术的不断发展,非标定波长调制方法逐步得到关注。本文基于非标定TDLAS技术实现对甲烷气体浓度的实时检测,主要研究内容如下:首先,以比尔-朗伯定理为基础,介绍气体吸收谱线的线强度、线型等相关理论。介绍HITRAN数据库,并通过查询数据库选定甲烷气体吸收谱线位置,计算相关参数。研究直接吸收和波长调制方法的基本理论,利用傅里叶展开得到各次谐波信号,总结和分析谐波信号检测过程中的不确定因素。其次,介绍并建立了基于TDLAS技术的甲烷气体检测系统,通过实验分析调制参数对谐波信号的影响,并选定合适的调制参数。利用直接吸收和波长调制技术对甲烷气体吸收光谱进行测量和浓度计算。通过实验和仿真分析温度对谐波信号检测的影响。之后,给出拟合测量和模拟二次谐波信号实现非标定波长调制检测的方法。利用Matlab对基于TDLAS的甲烷气体检测系统进行建模与仿真,提出通过拟合输入激光强度对谐波信号进行归一化,消除激光强度变化对谐波信号幅值的影响。分析曲线拟合过程中各自由参量的影响,介绍用于曲线拟合的最小二乘法。最后,利用拟合方法进行甲烷气体浓度检测实验并分析了系统性能的影响因素,计算得到气体浓度参数,与直接吸收和传统波长调制方法得到的结果十分吻合。