为了加快气体吸收光谱分析算法的求解速度、重构算法的硬件逻辑，采用现场可编程门阵列（FPGA）器件，结合波长调制光谱技术，研制了一种硬件可重构波长调制甲烷传感器。根据应用功能需求，可在硬件层面重构逻辑电路，从而更新系统工作模式和探测参数。采用流水线技术，对光谱分析算法进行了硬件加速，光谱分析部分的输入与输出之间的时间延迟仅为4.05 ms。实验分析了该传感器在连续、间歇两种工作状态下的波形与电流，证明了该系统工作模式的可重构特性，也证实了采用间歇式工作降低激光气体传感器功耗的可行性。采用正弦信号对FPGA算法部分的功能进行了测试，结果表明，测得的信号幅值与输入信号幅值的线性度达到了99.99%。采用中心波长为2 334 nm的分布式反馈激光器作为光源、光程为25 m的赫里奥特气室作为气体吸收池，开展了甲烷检测实验。传感器的线性度为99.97%，响应时间约为4.9 s。艾伦方差结果表明，当积分时间为0.5 s时，传感器的检测下限为7.8×10^-6。开展的甲烷泄露实验证实了该传感器的现场应用能力。设计的FPGA算法，通过硬件编程，可实现传感器工作模式与参数的灵活重构，在激光气体传感领域具有较好的片上集成应用前景。

为实现对危化品气体泄漏的实时、远距离、非接触性监测，提高监测效率和精度，研制了一种多组分气体激光遥测系统。基于波长调制光谱技术，利用STM32芯片结合自主设计的驱动电路对激光器进行控制，采用不同的调制频率分别提取甲烷、氨气、乙炔的二次谐波信号，实现混合气体的同步、实时、远距离遥测。采用光强调制幅度归一化的波长调制光谱技术使遥测结果免受回波激光对信号强度的影响。实验测量表明本系统对甲烷、氨气、乙炔的探测下限分别可以达到87 ppm·m、212 ppm·m、12 ppm·m，测量误差小于10%。测量不同距离下的遥测信号，遥测距离至少可达40 m。本系统为激光痕量气体检测研究与应用提供了一种多气体、实时、同步、高灵敏度、远距离、性能稳定的遥测解决方案，能够广泛应用于矿山灾害气体监测预警，危化品场站和运输管网等场合的气体泄漏监测预警。

针对可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）在煤矿、石油化工领域进行气体浓度检测时，遇到的高精度、宽动态范围需求，采用时分复用的方法，将直接吸收光谱技术（Direct Absorption Spectroscopy, DAS）和波长调制光谱(Wavelength Modulation Spec-troscopy, WMS)技术的优势相结合，完成了高精度、宽量程和免标定多气体检测系统的设计。设计激光器的驱动为线性扫描输出和叠加不同高频调制扫描输出的周期信号，用于完成高低浓度反演算法的时分复用计算，通过实验优化选择检测气体的吸光度拐点，实现对气体浓度的高精度、宽量程检测。在室温和常压下，通过实验分别对CH₄、CO和C₂H₂ 三种气体体积浓度进行检测，确定了两种算法最佳拐点吸光度约为0.026 cm⁻¹。系统对CH₄、CO和C₂H₂ 三种气体体积浓度的检测量程分别为0~100%、0~5000×10⁻⁶和0~1000×10⁻⁶，其最小体积浓度检测限分别为2.27×10⁻⁴、0.21×10⁻⁶、1.68×10⁻⁶，且在量程内的测量结果准确度优于现行的煤矿行业标准。实验结果表明：该方法能够满足工业现场实际应用的需求，有利于拓展激光吸收光谱技术在工业过程、安全等领域的应用。

玻璃药瓶中的氧气残留对瓶中药品的无菌特性造成了严重的威胁。采用波长调制光谱（Wavelength Modulated Spectrum，WMS）技术解调得到的二次谐波信号峰高值作为氧浓度反演的基础。然而，在用二次谐波信号测量气体浓度时，由于调制深度的变化会导致二次谐波峰值的变化，这通常会给系统带来误差，进而降低浓度的反演精度。而调制深度受调制电流波动、温度和压强变化等因素的影响不能直接计算获得进而修正。针对这一问题，本文成功地将调制深度与二次谐波峰高的关系转换为二次谐波峰宽和峰高的关系。然后，利用峰宽校正后的谐波峰高对气体浓度进行反演。初步实验表明，利用峰宽校正后的谐波峰高对瓶内气体浓度进行预测的准确性提高了2.1%，且系统的整体鲁棒性也得以提升。本文提出的校正方法不需要系统参数信息与气体成分信息，可以直接从谐波信号本身出发对调制深度进行校正，十分适合于工业现场的在线氧气浓度预测。