对易燃易爆或者有毒有害气体进行有效的监测预报和控制,是目前煤炭、化工、石油、电力等部门亟待解决的重要问题,特别是在能源生产和运输方面,如何降低易燃易爆或有毒有害气体对生产过程和人类健康造成的威胁,并对其演化规律和发展趋势进行预测、控制和监测预报,已成为当前亟待解决的重要问题。所以,对各类气体检测方法的研究已成为传感技术领域中一个特别重要的课题。本论文以甲烷气体浓度的测量为研究对象,对基于红外宽带光源的相关光谱式气体传感系统进行了系统研究。主要内容包括：(1)从气体分子光谱的跃迁机制出发,对分子的振动光谱、转动光谱、振动-转动光谱,和吸收光谱的线形、线宽等理论进行了介绍,并对气体吸收的一般方程进行了分析和修正。最后在介绍相关光谱技术原理与气体红外吸收计算方法的基础上,确定了甲烷吸收光谱的检测波段,并结合HITRAN数据库对一般环境下多组分气体的红外吸收进行了模拟计算,建立了基于宽带光源的相关光谱式甲烷传感器模型。(2)对基于相关光谱技术的红外气体传感系统的总体设计进行了介绍,并针对系统需求分析,对系统中所用的红外光源和光电探测器进行了比较与选型。通过光学仿真软件Tracepro对宽带光源建模并进行光线的模拟与追迹,确定了不同反射罩下光源的最佳发光点位置；经过气体光路传感部分的仿真分析与实际情况下光吸收的测量,确定了最佳的样品气室长度,实现了对传感气室的结构设计和参数优化,最后介绍了基于虚拟仪器测试系统的硬件和软件部分。(3)从分析光谱吸收式甲烷检测中的干扰因素入手,对微弱信号的特征提取技术进行了介绍,并对提取算法的评价指标进行了分析,在数据处理系统的设计中,提出通过采用FFT频域滤波与Savitzky-Golay数字滤波相结合的方法对光谱吸收数据进行处理,使吸收光谱的灵敏度与信噪比大幅提高,为气体浓度的精确反演提供了可靠的数据保障。(4)针对自行研制的CH4气体传感系统,对标定的原理、算法进行了深入阐述,确定了常温常压下CH4气体的浓度反演曲线；利用HITRAN数据库对温度、压力等环境因素对输出的影响进行了仿真,通过温度补偿实现了温度效应的自我修正；最后对气体传感系统进行了系统的研究和评价实验,包括响应时间实验、灵敏度、交叉干扰实验、稳定性实验,实验结果表明该系统具有较高的精确度与稳定性,验证了该系统对甲烷浓度检测的可行性。