人类社会高速发展，而人类的生存环境却在日益恶化。随着恶化的环境带来的各种各样的危害，人们已经意识到保护生存环境的重要性和必要性。甲烷是常用的燃气成分之一，它既是煤矿瓦斯气体主要成分，也是主要的温室气体。甲烷在空气中的爆炸极限为4.9％~15.4%。浓度为25%~30%时，人会感觉到头晕四肢无力，不能呼吸。因此,实时有效地监测甲烷气体浓度具有十分重要的意义。　　可调谐半导体激光吸收光谱（TunableDiode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）技术与谐波检测技术相结合的气体检测方法具有高精度、高灵敏度等特点。然而，该方法在实现高灵敏度检测的同时，随着被检测甲烷气体浓度的升高，会产生二次谐波信号饱和现象，难以同时兼顾低浓度时高灵敏度测量和高浓度时全量程测量。本文的主要工作就是要设计出全量程的高灵敏度甲烷检测装置，主要工作如下：　　（1）分析了甲烷检测技术的发展情况以及光谱吸收检测技术的优势。　　(2)为了兼顾低浓度时高灵敏度测量和高浓度时全量程测量，提出了实现甲烷气体全量程检测的解决方案，即采用低频三角波扫描信号和高频正弦波分段叠加的驱动方式对激光器进行调制，使得激光器在每个三角波扫描周期内工作在两种状态。在叠加有高频正弦波驱动状态下，利用锁相放大器提取含有浓度信息的二次谐波信号，以实现对低浓度气体的高灵敏度测量；在仅有低频三角波驱动状态下，通过直接测量吸收峰信号实现高浓度的测量。每个扫描周期都结合了这两种测量方式，保证了全量程甲烷测量的实时性。　　（3）分析了全量程甲烷测量的具体方法，对激光器和光电二极管的特性和选择做了详细分析，分析了吸收气室的设计。构建了基于TDLAS的全量程甲烷气体检测装置。该装置由光路部分和电路部分组成，其中电路部分包括驱动调制电路、恒温控制电路、光电转换电路、谐波提取电路等。　　（4）研究了实现高精度全量程测量的算法。其中低浓度采用对采集到的二次谐波信号进行数字滤波，曲线拟合，提取信号幅值，反演浓度信息，保证低浓度测量的精度；高浓度采用对采集到的直接吸收峰进行数字滤波，对吸收峰积分计算出面积值，反演高浓度信息，保证高浓度测量的线性度和准确度。　　（5）展示了实验测试结果。包括DFB输出光谱、线性度测试实验、长期稳定性和温度稳定性实验。实验结果表明该传感器在全量程范围内具有很高的线性度，低浓度测量误差约为0.065%，高浓度测量误差约为0.9%，实验采用4cm长的气室，检测极限可达100ppm，整体实现了低浓度的高灵敏度测量，以及高浓度的准确测量。