水蒸气浓度检测技术是当今气体传感领域中的一项重要课题。在天然气运输、电力传输、食品安全、工业冶炼以及精密器械维护等方面,水蒸气的浓度要求非常苛刻,需要严格控制,所以迫切需要对水蒸气浓度检测技术进行深入地研究。石英增强光声光谱(quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy)技术简称QEPAS技术,是近年来痕迹气体检测研究中一种新的方法,与传统光声池方法以及其他传统检测方法相比,在体积、成本、灵敏度和抗干扰方面都有着一定的优势,尤其是它不受激光器、准直器等内部含有的微量水蒸气的影响,克服了吸收光谱法固有的水底问题。本文通过对基于QEPAS的水蒸气浓度检测系统的研究,阐述了相关原理,实现了系统的功能,优化了光路与信号检测电路,采用的锁频法解决了检测过程中出现的问题和矛盾,最终达到了低浓度水蒸气的准确标定。QEPAS技术原理涉及到红外光谱气体的吸收理论以及由于吸收产生的多次谐波理论。本文通过气体分子红外吸收、气体分子的吸收定律、线性函数、波长调制,逐步阐述和推导了 QEPAS技术的原理,然后又对石英音叉的压电特性等机理进行了详细描述。根据QEPAS原理与相关的电路知识,本文详细介绍了系统各部分的功能、组成和设计思路,组建起了 QEPAS水蒸气浓度检测系统,对程序、系统参数设定完毕后,在大气中检测出水蒸气的浓度,初步实现了系统的功能。为了提升系统的检测精度,对影响系统信噪比的激光器调制幅度、锁相放大电路参数进行了优化,使信噪比提升了 1倍。对共振管和音叉的特性做了细致的研究,确定了最优的共振管结构和尺寸,发现了音叉在共振管结构中中心频率变化很小而带宽变化明显。确定了 QEPAS水蒸气浓度检测的新方法——锁频法。针对激光驱动信号扫描法与锁频法进行理论分析与实验验证,证明了锁频法在光声光谱系统中的巨大优势,并将锁频法应用到了系统中,二次谐波信号的信噪比得到了质的飞跃,空气中的信噪比达到了 500。标定了 QEPAS水蒸气浓度检测系统的检测极限为200ppm,精度在某些浓度下可以达到6ppm,最后探究了系统的稳定性以及石英音叉特性的长期稳定性。