为了有效地测量风洞中的气体流速，以激光多普勒频移原理为基础，结合波长调制可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术，利用HITRAN 数据库，选取氧气(O2)分子在13144.5 cm-1附近的吸收谱线作为研究对象。在软件中建立了气体流速测量模型，模拟分析了流速测量结果；在实验室中利用超声风洞装置，建立了一套基于波长调制-TDLAS技术的流速测量系统，通过实验，提取出O2的二次谐波信号，根据O2分子吸收谱线的二次谐波信号的频移量反演风洞中的气流速度。实验结果表明，在实验室环境下，系统测量流速达到707.6 m/s，符合超声风洞的设计，测量误差范围为5.47%。实验结果为基于波长调制-TDLAS方法测量流速的小型化系统研制以及飞行实验进行了前期准备。

可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）具有高灵敏度和高分辨率等特点，被广泛应用在痕量气体的快速检测中。研制了基于TDLAS 的开放式长光程CO 和CH4实时检测系统，采用直接吸收的方法，避免了波长调制技术中必需的浓度标定，结构简单。利用STM32进行数据采集处理，获取气体浓度值和光强变化值，通过串口屏实现浓度和光强值的在线显示以及浓度和光强随时间变化的曲线显示，并将浓度数据存储在SD 卡中，取代上位机操作，实现检测系统小型化。利用中心波长在2333 nm 附近的激光器结合直接吸收的方法，在往返750 m 的长光程上，对合肥市科学岛的大气CO 和CH4 进行同时检测实验。检测结果表明，大气中CO 浓度值整体低于CH4 值。对该系统进行长时间的测试，验证系统稳定性，CO 系统检测限为0.205 mg/m3，CH4为0.181 mg/m3。

CO作为大气中重要的污染物和煤矿、油田等环境的危险气体，CO浓度的实时监测对生产生活安全具有重要意义。筛选出CO位于2334 nm附近的R(6)吸收谱线，搭建了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的长光程开放光路大气CO 监测系统。采用直接吸收技术，吸收光程为700 m，借助离轴抛物面镜实现了收发同光路；低功耗、小型化的测量控制系统，在单块电路板上实现了激光器驱动、光谱信号处理等功能，单板体积为120 mm×100 mm×25 mm，功耗小于5 W。上位机对光谱数据进行多峰拟合处理，分离出CO和CH4的吸收光谱，反演CO浓度。通过分析光谱数据标准差可知，在1 s响应时间下的检测限为0.06×10-6。对大气中的CO浓度进行了连续监测，测量结果和CO点式分析仪结果一致性良好，验证了该系统仪器化的可行性。

可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, 简称为TDLAS)技术具有高灵敏度、 快速响应、 非接触式、 环境适应性强等优点, 能够实现燃烧温度、 组分浓度、 速度等参量的实时动态在线测量。 为准确测量高温下的水汽浓度, 采用窄带半导体激光器作为光源, 结合实验室的高温测量系统, 记录了常压下1.39 μm附近水汽在773~1 273 K温度范围内的吸收光谱, 利用多线组合非线性最小二乘法拟合得到高温吸收光谱的吸光度, 找出了两条适合高温水汽浓度测量的吸收线7 154.35和7 157.73 cm-1, 首次提出高温水汽浓度测量的模型求解方法, 该方法测得的高温下水汽浓度符合理论推理, 浓度测量的标准误差低于0.2%, 相对误差低于6%。 通过实验验证了该测量方法的可行性。

中红外为分子的基频吸收波段，可被用于痕量气体的高灵敏度检测。介绍了基于中红外室温连续量子级联激光器（CW-QCL）结合波长调制技术（WMS）的光谱检测方法，研究了消除气体间交叉干扰的方法，并进行了相关的验证实验。利用中心波长在1274 cm-1波段附近的量子级联激光器搭建了一套开放光路温室气体探测实验系统，进行101 m开放式测量实验，实现了对大气中CH4、N2O的同步在线测量，检测限分别为3.87×10-9和1.28×10-9，验证了实验系统和实验方法的可行性，为实现区域高灵敏温室气体监测奠定了基础。

在气体质量流量测量系统中，波长调制光谱信号的谐波分量，特别是其二次谐波分量常被用作为检测对象，用于气体浓度、速度等信息的反演。基于波长调制原理，利用氧气（O2）分子在764.28 nm附近的吸收谱线，分析了常见线型的半峰全宽，得出了不同温度、压强下洛伦兹线型的适用范围；研究了O2分子吸收谱线在不同温度、压强条件下的二次谐波峰值；对不同温度、压强下，采用二次谐波峰值反演气体浓度产生的误差进行了分析，并提出了误差修正方法；分析了实验过程中当最佳调制深度不能够随着温度、压强即时调整的情况下，最优调制系数在不同温度、压强变化下的适用范围，并给出了误差修正公式。