伴随着全球能源的紧缺和环境保护意识的提高,天然气作为一种高效的清洁能源广泛应用于日常生活及工业生产中。天然气在集中运输前需净化处理,而输送管道会由于天然气净化处理不当和其它操作原因残留水分。一方面,水分会影响天然气的热值和品质;另一方面,会造成管道的冰堵和腐蚀,甚至会导致管道泄漏而发生爆炸,对工作人员和生产安全造成了极大的威胁。因此,在输送过程中需实时监测输气管线天然气含水量,以保障天然气管道的安全运行。本文以红外光谱吸收基本原理和辐射传输基本理论为基础,以管输含水天然气为研究对象,分析了其光谱吸收原理及光谱吸收特性,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术开展了水蒸气浓度激光检测的相关技术问题研究,针对测量过程高温环境杂散辐射影响设计了杂散辐射抑制结构,并进行仿真分析。主要研究内容如下:(1)基于红外光谱吸收基本原理及Beer-Lambert定律,推导了气体浓度反演模型,确定了水蒸气的中心吸收波长及吸收谱线线型,分析了温度对水蒸气吸收谱线线强的影响机制,建立了温度-浓度耦合变量下水蒸气光谱吸光度的关联模型。(2)利用Trace Pro光学仿真软件分析了不同水蒸气浓度下管输含水天然气激光检测光路传输特性,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术搭建了高温环境水蒸气激光检测实验平台,针对温度动态环境下的水蒸气浓度激光检测提出了浓度反演修正方法。(3)分析了常温及高温环境温度对管输天然气含水量激光检测传输光路的影响,基于高温环境温度所产生的杂散辐射,设计了遮光罩、挡光环及消光螺纹组合式杂散辐射抑制结构,并与常规检测光路遮光性能进行了对比分析,所设杂散辐射抑制结构能有效提高光路系统对目标信号的识别能力。以管输天然气含水量激光检测为研究背景,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术开展了高温环境下水蒸气浓度激光检测实验研究,针对高温环境辐射影响设计杂散辐射抑制结构提高了探测器的接收效率,为今后管输天然气含水量的在线检测技术发展提供了一定的借鉴和参考。