可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy，TDLAS)技术是一种非侵入式激光测量技术，具有较强的环境适应性，可以实现实时、在线、快速的温度、组分浓度和流速等多参数精确测量，而且不会对流场产生干扰，适合于燃烧流场的监测。氧气(O2)是吸气式发动机氧化剂的重要来源，为了航天发动机的理论研究和工程设计验证实验的需要，有效的测量发动机进气道或燃烧出口的氧气质量流量，采用光学测量方法在高速流场关键性能参数的检测中得到广泛应用。但发动机进气道、燃烧出口中高速气流的中氧气的质量流量测量一直以来是困扰工程人员的难题。为了解决该问题，本文提出了一种新的气体质量流量测量方法。该方法以激光多普勒效应原理及二次谐波浓度反演原理为基础，结合波长调制技术与可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术，实现对高速气流中氧气质量流量的实时在线检测。　　首先介绍了可调谐半导体激光吸收光谱的理论和技术，流速、质量密度测量的基本原理和方法;根据谐波信号影响因素分析了一次谐波、二次谐波线型与温度、压强、气体浓度的关系，以及调制系数与温度或压力同时变化时二次谐波信号的峰值变化关系;根据相敏检测原理，分析了锁相放大器解调最优参数的选择和滤波器参数设置，滤波器的通带截止频率一般设置为有扫描信号的5-10倍，阻带截止频率一般设置为调制信号频率的0.5-0.8倍左右。通过仿真分析和实验验证，对波长调制-TDALS技术中最优调制系数的获取最佳扫描频率、调制频率、采样速率进行了分析，在波长调制过程中调制信号频率为扫描信号频率300倍以上时解调效果较好;根据锁相放大器功能要求探索了主动扫描锁相放大器的设计，将高速数据采集、存储调制、扫描信号发生以及正交矢量数字锁相算法集成与一体。　　在实验室搭建了一套基于波长调制可调谐二极管吸收光谱技术的超音速气流质量流量测量实验系统，利用DFB激光器对位于761nm处的氧气分子吸收线进行波长调制扫描，从而获得高速气流的实时光谱信息，并根据O2分子吸收谱线二次谐波信号的多普勒频移来反演气流流速，根据二次谐波信号的峰值反演出氧气质量浓度。介绍了数据处理时数据平滑、小波阈值去噪，数据拟合，时频域转换和多普勒频移计算等方法。提出了用数据拟合后的谐波波形中心频率作为有效中心频率来消除噪声干扰导致的二次谐波波峰波动问题。　　通过实验获得了氧气质量流量值，将质量流量测量结果与理论指标进行对比，测量误差在允许范围内，初步证明了波长调制TDLAS质量流量测量方法的可行性。最后分析了系统的检测极限性能及引起质量流量测量误差的因素，以便系统进一步优化。实验结果表明该方法能够解决测量过程中光程短、吸收弱的困难，有效的检测出了超音速风洞中的氧气质量流量，具有噪声抑制能力好，提取信号能力强等特点。实验结果为基于波长调制可调谐半导体激光吸收光谱技术测量发动机进气道的氧气质量流量的小型化系统研制，以及飞行实验做了前期准备。