随着经济的发展、社会的进步,激光技术日趋成熟,基于激光光谱测量的气体检测技术越来越受到人们的重视,激光光谱在痕量气体检测中的应用越来越广泛。其中,由于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术可以连续在线检测痕量气体分子的浓度,因此在大气环境监测、工业控制、燃烧诊断、及医学诊断等领域中,TDLAS技术逐渐取代传统的电化学检测方法。直接吸收光谱装置简单,可直接通过反演得到待测气体的浓度而不必进行繁琐的定标,然而其信噪比较低。通常采用波长调制光谱（WMS）技术来提高光谱测量的信噪比,并结合多光程吸收池来进一步提高信号的幅度,以此来提高TDLAS的探测极限和测量系统的稳定性。本论文基于TDLAS技术搭建了一套小型化气体吸收光谱测量系统,并通过采用新型环形多光程池和自行设计的激光器驱动器、锁相放大器、数据采集及通讯系统来降低系统的尺寸和重量,小型化后的系统体积为24×15×16 cm3,重量为2.2 kg。该测量系统使用的环形光程池为最新设计的多层环形光程池,在单个环形光程池中可以实现2层光斑分布及84次反射,有效光程可达8.35 m。实验采用了WMS技术来抑制光谱测量中的噪声,还采用了免定标的方法来降低激光功率波动带来的影响以及确定待测气体的浓度。实验采用了输出波长为1.653μm的分布式反馈式（DFB）激光器,实现了对空气中CH4浓度的测量。得益于光程池的体积较小,系统的上升时间和下降响应时间分别达到了16 s和14 s。为了检验系统在不同环境下的性能,对系统进行了振动测试和温度测试,测试使用了20 ppm的CH4气体,在不同的振动频率下系统测量的浓度标准差是0.38 ppm,在不同的温度下系统测量的浓度的标准差是0.11 ppm。通过Allan方差分析,该系统的最佳探测时间是57.8 s,最低探测极限为22 ppb。此外,通过对空气中的CH4浓度进行连续两天的监测来测试系统的鲁棒性和长时间工作的性能,实验结果表明,该系统的鲁棒性和长时间工作的表现良好,可以安装在无人机和机器人上。在结合多光程吸收池的可调谐半导体激光吸收光谱系统中往往会存在干涉,影响探测灵敏度及对信号的分析,因此提出基于小波降噪法对TDLAS信号中存在的干涉噪声进行降噪研究。首先从理论上分析并选择了合适的小波函数及最佳分解层数;然后对叠加了较强干涉噪声的CO2直接吸收仿真信号进行降噪处理,理论上证明小波降噪用于光谱抑制干涉噪声的可行性;最后对实验中采集的不同浓度的直接吸收光谱信号和波长调制二次谐波信号进行小波降噪处理,小波降噪处理后信噪比提升大约两个量级左右,信噪比从0.4提高到了259,由信噪比得到系统对CO2浓度的探测极限为7×10-6,实验结果表明经过小波降噪后的直接吸收光谱信号的吸收面积及波长调制二次谐波信号的幅值与待测气体的浓度线性相关。