基于空芯光波导的小型气体传感器是近年来发展起来的新型传感器,在气体光谱检测领域受到了特别关注,很多方面的研究尚不充分,还存在很多问题。比如气体流动会带来管道压降,对谱线宽度造成影响,以及光学条纹及噪声对吸收光谱的干扰等问题。基于上述现状,对基于空芯光波导的气体传感器进行了深入的分析,研制了高精度空芯光波导多组分气体传感器,对于痕量气体高精度、多组分检测具有重要意义。主要工作包括:第一,提出空芯光波导气体传感器的性能增强方法。研究了空芯光波导中气体流动产生的压降对谱线线形的影响,提出增强空芯光波导气体传感器测量精度和灵敏度的方法。主要措施有:1)使用高精度的气体质量流量计控制气体流速;2)采用优化的负压工作方式提高波长调制谱2f(WMS-2f)信号灵敏度。仿真与实验结果表明高精度气体质量流量计的流量误差对谱线半高全宽和积分吸光度的影响控制在0.061%和0.062%之内。在优化的气流速度下,WMS-2f信号灵敏度最高提升18.3%,有效增强了基于空芯光波导的气体传感器性能,而无任何额外的软件或硬件支出。第二,发展了经验模态分解与多组分光谱拟合相结合的干扰去除方法。为了解决影响多组分气体测量精度的主要因素,包括临近谱线、光学条纹以及噪声的干扰,首先采用优化调制幅度的方法提高谱线信噪比,然后使用经验模态分解技术进一步去除光学条纹,最后通过多组分光谱拟合技术降低临近谱线干扰,并反演出了气体的高精度浓度。结果表明抑制干扰后的吸收信号与仿真信号相关系数高达99%,干扰信号得到了有效的去除而且原始信号得到了较好的保留。第三,设计了基于空芯光波导的高精度多组分气体传感器。应用所提出的干扰去除方法,既实现了对甲硫醚的快速测量,又解决了临近吸收谱线的干扰,实现了对甲烷和水的同时高精度测量。实验结果表明甲硫醚、甲烷和水的测量不确定度分别低至80 ppb、20 ppb以及0.01%,甲硫醚测量灵敏度提升了20 ppb,检测限降低至9.6 ppb。说明该传感器实现了包括甲硫醚在内的多组分气体的高精度同时检测。本文提出的基于空芯光波导的气体传感器性能增强方法,即通过优化的负压工作方式,可以有效降低谱线间的干扰,提高WMS-2f信号检测灵敏度高达18.3%;同时,通过优化调制幅度并且结合经验模态分解技术,我们有效剔除了与原始信号相关系数低至0.02的光学条纹及噪声信号,后期经过多组分光谱拟合技术反演出了甲硫醚、甲烷和水的浓度,设计出了基于空芯光波导的高精度多组分气体传感器,对于实际的工厂污染检测具有重要意义。