随着现代工业的发展,有毒、有害气体已成为人们生活和生产中需要重视的危险来源。以易燃、易爆的甲烷气体为例,由于它是重要的工业气体原料和日常生活中普遍使用的燃气,因此对其进行有效实时的浓度检测具有十分重要的意义。与传统电学类气体传感器相比,光纤气体传感器有着本质安全、检测灵敏度高、抗环境干扰能力强等优点,因此一直以来都受到国外内研究学者的关注和重视。作为典型的光纤气体传感器,吸收光谱型光纤气体传感器的依据是气体在近红外波段的选择吸收效应,可分为直接吸收效应(光强衰减)和间接吸收效应(光热或光声效应)。本文便是根据气体的光热效应产生的相位变化检测气体的浓度,并首次提出采用直线型Sagnac干涉结构作为气体传感系统的检测结构。本论文的主要工作分为以下几个方面:一、从微观角度分析气体分子的运动形式及其吸收光谱理论,描绘气体分子的典型吸收线从而为本实验选择适合检测的甲烷气体吸收峰,并重点阐述了气体分子的光热效应及其导致的相位调制的原理,推导出探测光的相位变化与气体浓度之间的关系式,为基于光热相位调制的气体传感系统提供了理论依据。二、分析对比了 Michelson干涉仪、Mach-Zehnder干涉仪、Sagnac干涉仪和Febry-Perot干涉仪的优缺点,选择一种直线型Sagnac干涉结构作为气体传感系统的光路结构,分析该结构用于相位检测的原理,并推导出系统的输出公式,同时详细介绍了系统的各个器件,并手动搭建实验系统。三、以甲烷为目标气体,首先进行单点检测实验的分析,得到了系统输出与DFB激光器调制信号、气体浓度的关系,取得了良好的测量结果,在一定的条件下得到频域和时域信号叠加平均后对应的系统噪声等效浓度分别为0.13%和0.5%,证明了频域叠加平均方法可以有效提高微弱信号检测能力,并阐述了一种分布式检测系统的方案和原理,在此基础上进行了两点检测系统的可行性验证。