环境保护一直是全球所关注的热点,而甲烷是主要污染气体之一,不仅带来生产生活上安全与健康的问题,还是造成温室效应的主要气体。对甲烷浓度的实时在线检测,关系安全生产与健康生活。本文采用空芯光子带隙光纤制作气体传感探头,将光纤检测技术与谐波检测技术等弱信号检测技术相结合,设计甲烷光纤检测系统并实验验证。论文主要研究工作如下:(1)建立甲烷气体吸收谱数据库,分析并建立气体浓度计算模型。通过分析甲烷的分子谱理论,根据Hitran 2012数据库绘制甲烷分子吸收光谱图,建立甲烷气体浓度检测的数学模型,。(2)提出采用空芯光子带隙光纤作为气体传感探头的设计方案,设计甲烷气体检测系统的光路系统。研究空芯光子带隙光纤的传输特性,带隙效应与扩散速度,为构建光纤气室奠定理论基础。选择合适的带隙宽度等参数的空芯光子带隙光纤,比较两种扩散端面下的扩散时间,构建不同结构气室。(3)构建基于Labview的虚拟仪器的数据采集系统,实现对甲烷气体浓度的检测。进行甲烷气体光谱实验,吸收实验和评定实验等实验,实验结果验证了系统设计方案的可行性。(4)气体检测弱信号检测技术的相关研究。研究经验模态分解(EMD)及其改进的总体经验模态分解(EEMD)在光学信号检测上的应用,相对于小波降噪,从光谱图上主观评价以及通过参数标定,验证了数据处理的有效性。