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近十年内,国内发生煤矿瓦斯事故将近400次,产生了大量的人身伤亡和经济损失。瓦斯气体的主要成分是甲烷,因此实时监测甲烷气体十分必要。同时,甲烷（CH4）是仅次于二氧化碳的温室气体,其浓度持续升高对生态和气候产生了不良的影响。此外,甲烷作为易燃易爆气体,在天然气生产、存储、运输等环节存在安全隐患。因此,无论是在环境科学领域或者是公共安全生产领域,对高精度、高灵敏度的甲烷检测仪的需求都尤为迫切。可调谐二极管激光光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）技术是一种常见的检测甲烷的方法。它精度高、寿命长、选择性好、响应速度快,不会影响待测气体组分。TDLAS系统中最常用的两种技术是直接激光吸收光谱（Direct LaserAbsorption Spectroscopy,DLAS）技术和波长调制光谱（Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS）技术。波长调制光谱技术与锁相放大技术是提高TDLAS系统检测精度的主要技术。本论文研究了一款低功耗、低成本、小体积、基于数字信号处理器（Digital Signal Processor,DSP）的数字正交锁相放大器。采用TMS320F28335作为主控制器,选择高精度低噪声的模数转换器和直接数字频率合成芯片,通过优化电源树,提高了整板电源的效率,降低了系统的功耗。使用该锁相放大器进行气体实验,在积分时间为2s时,该中红外甲烷检测系统的检测灵敏度为13ppbv（parts per billion in volume,十亿分之一体积）。在直接激光吸收光谱技术中,如果激光器驱动器中含有电学噪声,那么这个电学噪声加在激光器的两端,最终就会以光学噪声的形式出现,从而影响测量结果,降低系统的检测精度。因此为了抑制激光器驱动器中的电域噪声,本论文结合递归最小二乘（Recursive Least-Squares,RLS）自适应算法,研究了电域自适应中红外激光甲烷气体传感器。首先基于Matlab平台,对RLS自适应算法进行了仿真,讨论了RLS自适应算法参数的选择准则。然后,将RLS算法与DLAS技术结合,仿真验证了RLS算法在DLAS中的滤波作用。最后进行气体实验,验证算法在实际中的滤波效果。系统采用室温连续的中红外带间级联激光器和碲镉汞探测器,结合多反射气室技术,在无外加噪声的情况下,积分时间为6s时,使用RLS自适应滤波器,检测灵敏度由79 ppbv提高到44ppbv。并且对室内外的甲烷气体进行了实地测量。该传感器响应速度快,精度高,可以应用于安全生产领域。波长调制光谱技术只关注吸收信号在调制频率的各次谐波处的信号大小,所以它能够很好地抑制系统噪声。但是若系统温度漂移、电域或光域引起的噪声频率小于扫描频率（通常为1Hz-20Hz）,此时WMS技术就不能抑制这种噪声。因此,为了减小系统中的慢变噪声对测量结果的影响,采用最小均方（Least-Mean-Square,LMS）自适应算法,研究了波长调制最小均方自适应甲烷传感器。首先讨论了LMS算法的参数对滤波效果的影响。采用室温连续的中红外带间级联激光器和碲镉汞探测器,通过增加一个光路参考通道来感知慢变的系统噪声。在积分时间为1.9s时,使用LMS自适应滤波器,检测灵敏度由25ppbv提高到16ppbv。本文的创新点如下:1、采用DSP作为主控制器,通过优化系统电源树,提高了电源效率,研制出低功耗、小体积的数字锁相放大器,为进一步缩小传感器体积、降低成本奠定了基础。2、为了抑制直接激光吸收光谱技术中激光器驱动器的电域噪声,在中红外甲烷传感器中增加一路电域反馈通道,采用递归最小二乘自适应算法对含噪信号进行滤波处理。随着系统中电域噪声的增大,系统检测灵敏度的提升也会越明显。该技术可以应用于各种红外气体传感领域。3、在中红外甲烷传感器中,提出了一种通过增加参考光路通道抑制系统慢变漂移的方法。通过在激光器的驱动信号中加入慢变的乘性噪声来模拟实际情况,采集参考通道中的噪声信号,结合最小均方自适应算法实现了对慢变噪声的抑制。该技术可以滤除各种统计特性未知的慢变噪声,提高系统的抗干扰性能。