在我国的煤矿采集活动中,经常由于瓦斯爆炸造成人员伤亡和财产的损失,因此对于甲烷浓度的在线准确测量具有重大的意义。可调谐二极管激光光谱吸收技术通过对检测气室透射光强或反射光强的变化来检测气体的浓度,具有灵敏度高、高稳定性、选择性好等优点,近年来在气体检测领域中得到广泛应用。首先,以比尔-朗伯定律为理论基础,根据HITRAN数据库,选择红外甲烷2v3带R3支的三条吸收谱线作为研究对象。研究波长调制和谐波检测理论,利用傅里叶级数和泰勒级数对洛伦兹线型的谱线进行了强度-频率调制模型进行展开,分析了各次谐波信号,并给出了非线性强度调制下的谐波表达式,并得出谐波信号基线偏移的原因。其次,分析了TDLAS系统的噪声来源及其噪声特性,重点讲解了小波阈值去噪对带有噪声的谐波信号的处理应用,对Mallat算法的原理、分解层数、阈值函数选取和阈值的选取进行详细分析,并利用双曲函数设计了一个阈值函数,与传统的软硬阈值函数相比都有较好的效果提升。分析和对比了几种浓度反演的方案,提出了结合最小二乘法和ffII12的方法用于浓度反演方法,并讨论了光源波长漂移、频率调制幅度和波长扫描范围对检测方案的影响。经过消噪后系统的检测精度提高了3倍。再次,研究了温度变化对气体吸收谱线参数(线强度、谱线宽度、气体分子密度和气体吸收系数)以及气体浓度测量产生的影响。讨论了三种温度校准方案的优缺点,利用温度校准方案减小气体温度变化所带来的测量误差,并且结合气室结构的设计来提取温度压力参数来提高系统的检测精度和稳定性,使得检测浓度的温度漂移减小25倍,达到2ppm/℃。最后,利用Matlab的Simulink仿真工具对TDLAS气体检测模型进行了建模和仿真,根据实验室的激光器和光电探测器的工作参数分别建立了光源模块、气室模块、数据检测和信号处理模块,并对整个系统模型进行了测试和分析,验证了经过小波去噪和温度修正后,使得系统的性能得到很大的提高,并且最后介绍了对TDLAS系统的软件数据处理界面进行了设计与编写,详细介绍了各个功能模块。