现代工业生产对气体测量技术的精度、灵敏度、响应速度、稳定性等性能指 标产生了更高的需求，TDLAS 技术可以有效实现对被测气体单一吸收谱线的高 分辨率测量，同时具有成本低、选择性强、响应快、精度高、运行稳定、体积小 等优点，在多领域的生产和研究中逐渐得到广泛应用。本文从吸收光谱的基本原 理出发，围绕直接吸收（DAS）、波长调制（WMS）、扫描-波长调制等测量方法 的研究和应用展开了如下的工作：

    1. 基于吸收光谱理论，分别对 DAS、WMS、2 /1 等主流方法的测量原理 进行了理论推导，进而延伸出了适用于不同工况的技术思路。其中，直接吸收法 从吸收谱线的线型分布函数出发，给出了积分测量和整条吸收率曲线同步拟合 两种测量方案；波长调制法推导了谐波的通项表达式，并且考虑到激光光强和波 长的非线性响应，根据标定的谐波幅值得到了实用的气体浓度测量方案；在谐波 通项表达式的基础上，推导了 2 /1 信号的近似线性的通项表达式，实现了气 体浓度的免标定测量。

    2. 为了改善传统波长调制光谱仅测量单项吸收参数的缺陷，采用了使调制 中心进行相对低频的扫描，再进行锁相滤波测量变化的谐波曲线信号的扫描-波 长调制光谱（scan-WMS）。基于吸收信号的频谱分析，对滤波过程的系统误差进 行了深入研究和数值模拟，结果表明调制扫描频率之比 、波长扫描深度 、波 长扫描波形是较为显著的影响因素。

    3. 基于 scan-WMS 的频谱分析，给出了谐波曲线和光谱吸收截面之间的数 值关系，推导了 次谐波理论模型的精确通项公式，并由此提出了使用单次谐波 曲线 计算吸收截面 的反演方法，实现了利用兼具高灵敏度和信噪比的谐波 曲线同步测量多项吸收气体参数和谱线常数的目标。

    4. 基于 WMS 法中调制信号的谐波分析，开发了使用所有倍频谐波幅值数 据计算完整直接吸收数据，并以波长调制的一倍频信号为中间变量建立激光瞬 时光强信号 与激光瞬时频率 之间的关系式，实现多气体参数同步拟合测量的 WM-DAS 方法。基于建立的 WM-DAS 测量和离线处理方案，开发了实用的气体 体积分数在线测量系统，编写了稳定运行的采集和数据处理程序，开发出了实用的在线监测分析仪表，并在磨煤机、锅炉水冷壁等工业应用检测场景中验证了稳 定性。

基于上述方法，本文提出并验证了多种高精度、高灵敏度、抗干扰、多参数 同步测量的气体监测技术，开发了实用化的测量系统，为环保、能源等行业的应 用场景提供了有力的技术支持。