工业生产和环境监测等领域对于高灵敏度、高精度的非接触甲烷气体实时检测系统的需求十分迫切。针对传统气体检测技术的灵敏度低、分辨率不足、测量耗时长、抗干扰能力差等诸多不足,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷浓度实时检测系统具有高选择性、高分辨率、高精度和响应时间短等优点,目前已成为气体检测方法的主要研究方向。在TDLAS型甲烷浓度检测系统的应用背景下,以半导体激光器驱动、谐波检测技术和半导体激光器恒温控制系统三项关键技术为核心进行了深入的研究。基于分子光谱理论和朗伯比尔定律对TDLAS技术应用于气体浓度检测进行了理论分析,并确定了波长调制技术和谐波检测技术相结合的TDLAS型甲烷气体检测系统的设计方案。基于甲烷气体分子光谱特性,完成了基于TDLAS技术的甲烷浓度检测系统的整体设计。实现了半导体激光器驱动电路的设计、光电探测器前置放大电路设计、锁定放大器电路设计、激光器恒温控制模块设计以及气室和光路的设计。利用FPGA完成了系统相关软件的设计与仿真。构建了TDLAS型甲烷浓度检测系统实验平台,通过对激光器驱动电路进行驱动信号频率精度和信号稳定性测试,验证了激光器驱动模块的正确性,然后对恒温控制模块进行测试,验证其控温精度和控温稳定性,最后利用标准气室对系统进行实验,测量了不同浓度下的二次谐波幅值,并反演出气体浓度的表达式,实现了甲烷浓度的在线检测。