甲烷作为主要的绿色能源,在人类生产和生活中的地位愈发突显,正逐步削减传统化石能源的占比。同时甲烷作为易爆易燃的有害气体,也带来了一些生产安全事故、环境污染和全球气候变暖等问题,因此对甲烷气体浓度进行实时在线精确的检测就显得尤为重要。除此以外,甲烷碳同位素丰度在煤层成因分析、人体健康监测和能源开采方面也具有普遍的应用,所以本论文基于红外激光吸收光谱原理,研发了一款近红外甲烷同位素传感器,实现了对甲烷浓度及其碳同位素丰度的实时在线检测。本论文首先根据同位素吸收线的选取原则,对甲烷同位素吸收线进行选取,然后给出了传感器系统的整体结构,包括光学部分、电学部分和气路部分,并根据所选吸收线的波长范围,确定了激光器的工作电流范围和工作温度。随后设计了传感器的硬件部分,包括压力控制模块和辅助气体预处理模块,给出了压力控制模块的总体结构及各部件的性能参数,重点设计了控制电路板三个子电路（主控电路、采集执行电路、电源电路）,并详细说明了其工作原理。同时还设计了两款辅助气体预处理模块,分别为气液分离模块和除尘除湿模块。最后设计了传感器的软件部分,包括上位机监控处理平台和压力控制电路软件,详尽介绍了上位机监控处理平台四个子模块（采集卡控制模块、信号发生模块、信号处理模块、监控显示模块）的软件流程和实现程序,重点阐明了所采用线性回归算法的工作原理。同时对压力控制软件的三个子程序（初始化程序、ADC采集程序、PID动态调节程序）进行了编写。在完成对传感器的设计集成后,使用5000 ppmv标准甲烷气体对传感器的检测性能进行了测试。为了验证所采用线性回归算法的优势,引入传统的吸光度峰值比法进行对比。使用线性回归算法得到的连续30分钟12CH4和13CH4浓度的均值分别为4975.49 ppmv和51.63 ppmv,标准差（1σ）分别为17.7 ppmv和0.11ppmv。对于碳同位素丰度,使用线性回归算法得到的连续30分钟均值和标准差（1σ）分别为-46.52‰和3.67‰,而使用吸光度峰值比法得到的结果分别为16.33‰和9.62‰,线性回归算法得到的结果与自然理论值更吻合,并且稳定性更高,证明线性回归算法具有优势。同时使用Allan方差计算得到传感器同位素丰度的理论检测下限为0.91‰。最后对压力控制模块的性能进行了测试,稳定时间大约为282 s,250 s压强均值和标准差（1σ）分别为100.04 Torr和0.14 Torr。实验证明所研发的近红外甲烷同位素传感器具有实用性,可结合辅助气体预处理模块开展现场应用。本论文主要创新点:针对甲烷浓度及其碳同位素丰度同时检测的需求,研发了一款基于红外激光吸收光谱法的甲烷同位素传感器;采用线性回归算法提高了检测结果的准确度和稳定度;自主开发了压力控制模块,实现了气体压强控制;设计了传感器上位机监控处理平台。