近年来气体检测技术成为了热门研究课题,可调谐二极管激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）凭借其操作简便、响应快、波长选择性高、抗干扰能力强等优点而成为重要研究方向,其中波长调制法（Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS）的提出有效地提高了TDLAS技术的测量精度,尤其适用于弱吸收的测量环境。近年来,由于甲烷（CH₄）泄露而引发的瓦斯、天然气爆炸事件正在严重威胁着人们的生活和生产安全。甲烷作为一种燃烧效能极高的气体在空气中极易爆炸,常温常压下爆炸界限为5%～15%。同时,CH₄也是引发温室效应的主要气体之一,考虑到泄露气体的危险性,为了保证气体检测人员的自身安全,对甲烷气体浓度进行测量成为重要研究方向。当前利用TDLAS技术测量CH₄浓度主要采用近红外1.6μm分布式可调谐半导体激光器（Distributed Feedback Laser—DFB）作为光源,然而CH₄分子在近红外波段吸收强度非常微弱,其测量精度难以满足CH₄浓度测量要求。与近红外吸收光谱相比,CH₄在中红外波段（7～8μm）吸收强度非常大,约为1.6μm处的几十倍。因此,采用中红外波段吸收光谱测量CH₄浓度,可极大提高测量精度。随着量子级联激光器（Quantum Cascade Laser—QCL）成本的逐渐降低,基于QCL-TDLAS的高精度气体检测技术将在未来大气污染、危险气体监测等领域有着广泛的应用前景。本文利用MATLAB软件,结合波长调制技术中的二次谐波理论,对QCL-TDLAS系统中CH₄气体浓度测量进行了仿真分析,研究了TDLAS系统的工作原理,并基于弱吸收条件下TDLAS技术中的波长调制法建立了甲烷浓度测量仿真模型,包括光源模块、信号检测模块以及谐波提取模块;分析并确定了甲烷CH₄分子近红外和中红外的气体吸收谱线;研究了调制系数对二次谐波信号幅值和宽度的影响及规律,改进了仿真模型中调制系数的选取,确定了最优化调制系数;分别模拟仿真了气体泄露及大气对流层环境下,QCL-TDLAS系统与DFB-TDLAS系统的CH₄气体浓度测量过程,并就两个系统的灵敏度等相关参数进行了对比分析;提出了在常温常压环境和对流层环境下QCL-TDLAS系统的灵敏度都远高于DFB-TDLAS系统的结论。