为进一步提高甲烷浓度检测精度, 搭建了基于 TDLAS(tunable diode laser absorption spectroscopy)技术的甲烷浓度检测实验系统, 利用甲烷在波长 1653.72 nm处吸收强度很高且可以最大限度消除其他气体干扰的特性, 通过提取二次谐波信号实现甲烷浓度检测。然后分别采用 heursure硬阈值算法、heursure软阈值算法和 sqtwolog固定阈值算法作为小波变换阈值算法, 通过分析未去噪及小波变换去噪处理后得到的甲烷吸收信号谱图、甲烷二次谐波信号谱图、甲烷吸收信号的信噪比和均方根误差, 优选 sqtwolog固定阈值算法作为小波变换阈值算法。不同浓度的甲烷标气线性拟合实验及特定浓度的甲烷标气重复性实验结果表明: 通过小波变换(采用 sqtwolog固定阈值算法)能有效降低噪声干扰, 去噪处理后提取的二次谐波信号与甲烷真实浓度拟合优度 R2为 0.984, 拟合效果更佳。采用 TDLAS技术结合小波变换去噪算法, 实现甲烷浓度检测的同时也能提高甲烷浓度检测精度。

针对波长调制光谱技术中二次谐波背景信号漂移的问题，将背景信号历史数据中与实测二次谐波信号相似的信号作为背景信号，提出了一种气体体积分数反演方法。首先，选用中心波长在5.18 μm附近的激光器，搭建了NO体积分数测量系统，并将48 h内测量的纯N₂背景信号作为历史数据构建背景信号库。然后，在系统中通入NO，得到经过吸收的二次谐波信号并计算其与背景信号库中各背景信号的相关系数。最后，扣除最大相关系数下的背景信号后反演气体的体积分数。对体积分数为2.5×10^-6的NO进行了24 h的监测，结果表明，该方法可将平均相对误差从修正前的6.48%提高到3.84%。

可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）以其响应速度快、灵敏度高、非接触等优点已被广泛应用于气体浓度、温度的原位在线测量。基于波长调制吸收光谱技术，理论分析和推导了二次谐波温度反演公式。并采用分时锯齿波扫描形式使两个激光器分别产生覆盖中心波长为760.21 nm 和760.88 nm 的两条氧气吸收谱线的激光，经2×1 光纤耦合器耦合为一束光束，通过测量管式炉内同一区域的二次谐波信号来反演有氧环境中的平均温度值。为了修正谱线线型和光强对实验所得的二次谐波信号峰值比值的影响，采用室温下标定温度反演公式中所需参数的方法，有效地简化了实验过程，提高了测量精度。温度在300 K~900 K 范围内变化的测量结果与管式炉的平均温度值具有较高的一致性，误差在±20 K 以内。

根据对激光器施加的调制信号是否连续, 波长调制光谱分为连续和准连续调制激光吸收光谱技术。 为了深入的比较研究这两种方案, 设计准连续调制谱专用的软件锁相放大器, 将准连续调制信号因间断产生的无效信号滤除后, 再对吸收信号解调得到二次谐波信号。 与连续激光调制谱软件解调的二次谐波信号进行了比较, 结果表明, 参数相同, 准连续调制谱比连续调制谱的信噪比提高5%、 检测限降低11.3%。 在滤除无效信号后, 准连续调制谱也可以解调出标准的二次谐波信号, 因此有望用于与气体线型相关的研究中。 该工作为选取更加适用的激光调制谱技术, 提供了准确依据。

为了提取淹没在噪声中的弱吸收信号，对波长调制光谱测量中的相敏检测技术进行研究，提出了一种数字化相敏检测实现方案。采用正交矢量型结构实现相敏检测过程，通过硬件电路设计和上位机程序编写，完成吸收信号谐波分量的获取。对空气中的O2进行检测，针对O2位于764 nm附近的一对吸收谱线，成功提取了吸收信号的二次谐波分量。结果显示，系统的检测极限体积分数为0.50%（光程为1 m）。

可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)系统性能受调制参数, 如调制度、 调制频率、 扫描幅度及扫描频率影响, 实际测量中各参数不存在明确的选择依据. 针对此问题, 文章在一定的理论基础上通过实验分别观察各调制参数对二次谐波信号的影响, 通过分析检测信号的特征, 如幅值、 信噪比、 对称性及峰宽得出其变化规律, 总结出在不同系统功能和需求下系统各调制参数的优化依据及方法. 系统在计算浓度和温度时应优先考虑幅值和信噪比, 从而使调制度达到最佳值, 调制频率和扫描频率取较小值; 在线形推导压强时优先考虑信号的对称性和峰宽, 根据计算的具体要求确定调制参数; 扫描幅度的确定以得到完整谐波信号为准; 再根据系统的速度和精度需求调整扫描频率. 该研究为此类系统工作状态的确定提供了实验依据.

在利用可调谐激光调制吸收光谱技术进行测量时,气体参量改变将导致线宽变化,从而影响二次谐波信号峰值的大小。针对于Lorentz线型,给出了线宽变化对二次谐波峰值影响的理论分析及利用二次谐波信号峰谷比值进行修正的方法。在10 cm的吸收池内利用1578.22 nm处的吸收谱线对CO2进行了测量,在不同调制幅度下验证了不同工况中线宽对二次谐波信号的影响。结果表明,利用二次谐波峰谷比值确定调制系数进行修正可有效地减小由于工况改变时线宽变化对测量带来的影响,当压力由1.0×105Pa变化至1.5×105Pa时,修正前后的测量相对误差分别为34.3%与1.8%; 当气体体积分数在20%～100%变化时,修正前后的平均误差分别为12.8%与1.8%。