甲烷、乙炔等常见可燃气体的在线实时监测在煤、石油、天然气的开采和运输过程中至关重要。基于可调谐半导体激光器吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy technology,简称TDLAS）的光纤气体传感器因其灵敏度高、抗电磁干扰、本质安全、网络复用和远程感知等优势越来越受到重视。传统的TDLAS技术在环境温度、气体压强等变化的实际测量环境下,气体吸收谱线的偏移与展宽、激光器中心波长的漂移以及电子元器件性能的改变将直接导致检测准确性和示值稳定度的劣化。实践中一般采用反复标定或更换核心传感头等解决方案,较少从原理机制和系统结构上进行研究以解决此类问题。本论文面向激光气体传感器工程应用的实际需求,从软件、硬件和光学等方面开展研究,提出并验证一系列解决方案,着力提高TDLAS气体传感系统的灵敏度、稳定性和集成度。主要研究工作如下:（1）介绍了光学气体检测技术的的发展现状和应用前景。基于激光吸收光谱的光学气体检测技术的智能化和集成化具有重要研究价值。基于光学气体浓度检测的理论基础——比尔朗伯定律,推导了TDLAS中波长扫描与谐波检测的理论公式,建立了激光器调制驱动、气体吸收和信号解调的数学模型,推导出一次谐波和二次谐波与气体浓度的关系,为模拟仿真提供了理论基础。（2）采用Matlab软件中Simulink仿真功能,搭建TDLAS谐波检测的仿真模型。重点分析了电路信号的相位漂移对谐波检测的影响,研究通过正交模拟锁相放大技术来进行抑制改善。提出通过引入标定密封的参考气室,研究比值归一化方法,改善了激光器波长漂移对检测系统的影响。（3）对激光气体传感器的集成式一体化实现进行设计和搭建,在软件、硬件和光学方面开展研究。在硬件电路集成化方面,进行了激光器的驱动设计和温控设计,对信号解调模块进行了设计研究。在光学模块一体化方面,对激光器、探测气室、参考气室和光电探测器等关键器件进行选型和搭建。在软件算法方面,编写嵌入式代码对谐波信号进行数据分析和处理,后将实际浓度值发送到上位机显示。（4）对信号处理进行数字化改进研究。针对模拟信号处理部分的电路复杂、物料成本高且不易集成等问题,将原有的一个带通滤波电路、两个相敏检波电路、一个移相电路和一个低通滤波电路全部转化为通过数字嵌入式算法实现,在系统的中央处理器STM32芯片中完成,有利于激光气体传感器的低成本开发和微型集成化应用。（5）研制激光气体传感器对甲烷气体进行浓度标定实验,对测量误差、长期稳定性和可重复性进行测试分析。实验结果表明,该激光气体传感器针对5%以内甲烷传感线性度较高,绝对测量误差小于0.1%,长期稳定性偏离小于0.5%,经过十次重复性实验的相对偏差小于平均值的1%,意味着所研制的激光气体传感器总体性能良好,适用于工程化实践应用。