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基于光纤激光内腔吸收光谱学的气体传感技术具有响应速度快、光谱覆盖范围宽、光谱分辨率与检测灵敏度高等优点,非常适用于工业生产和环境保护领域对有害气体的实时检测需求。本文在对激光内腔混合气体传感进行理论研究的基础上,基于环形内腔结构构建了一种C+L波段混合式光纤气体传感系统,实现了C2H2、CO和CO2混合气体的高灵敏检测。针对混合气体吸收光谱展开了信号处理技术研究,提出了一种气体重叠吸收谱线的分离方法用于复原各谱线的光谱分布。以多气体吸收谱线为实时波长参考,实现了变温环境下光源输出波长在多波段调谐范围内的精确标定。本文的创新性工作如下:1、以激光传输方程和气体吸收定律为基础,对激光内腔混合气体传感展开理论研究。分析了系统参数对气体传感性能的影响,提出了直接吸收式检测的灵敏度增强方法与波长调制式检测的软件锁相方法,并研究了温度变化对气体浓度检测的影响机理及补偿方法。2、构建了C+L波段光纤激光内腔混合气体传感系统,将多波段内腔吸收与波长扫描及调制技术相结合,获得了更广的光谱覆盖范围与更低的气体浓度检测下限。在对C2H2,CO和CO2混合气体进行检测时,有效吸收光程约为单程吸收的50倍,最小可检测浓度分别为0.6 ppm,17.4 ppm和19.2 ppm。3、针对混合气体传感中的吸收谱线重叠问题,提出了一种快速谱线分离方法。该方法包括连续小波变换、线性回归分析和混沌粒子群优化三步,以获得重叠谱线各自的吸收光谱分布。使用该方法分离CO和CO2的重叠吸收谱线以检测两种气体的浓度,最大检测误差分别下降到使用前的35%和42%。4、针对传感系统中扫描光源波长调谐的迟滞非线性和蠕变特性,采用密封在波长参考气室中与光源输出波段相对应的混合气体谱线为参考,实现了变温环境下光源波长的实时精确标定,利用波长标定结果对C2H2,CO和CO2混合气体的吸收波长进行定位,在0℃到60℃范围内波长定位均方根误差不超过3.3 pm。