伴随着经济发展和工业规模的不断扩大,种类繁多的气体在工业生产中扮演着愈发重要的角色。这些气体中存在着大量的易燃易爆以及有毒有害气体。危险气体的富集可能会造成火灾、爆炸等巨大的危害事故,然而微量气体的泄漏,尤其是无色无味气体的泄漏往往不易被察觉。选择高灵敏度的气体检测方案在发生泄漏的早期发现问题并判断故障类型,对避免上述危害事故发生具有重要意义。本文重点研究了高灵敏度小型化光纤光声传感器的设计并对气体检测结果的稳定性进行分析。为了提高光纤光声传感器的气体探测灵敏度,本文深入分析了光纤法布里-珀罗（F-P）声波传感器的物理特性,根据声压响应特性优化声波传感器,设计并制作了一种小型化光纤光声传感器。并且探索了不锈钢悬臂梁声波敏感元件的制备方法,结合悬臂梁光纤F-P声波传感器和光声光谱气体探测技术,该传感器在谐振频率处灵敏度达到2251 nm/Pa。相比于共振式光声池,小型化光纤传感器更能适应狭窄、恶劣的使用环境以及需要远距离遥测的场所。小型化传感器采用扩散式换气机制,利用小孔扩散的方式进行气体交换,不需要电磁阀控制气体的流通,实现了全光气体探测,在本质安全的同时大大的减小了系统响应时间。同时光纤传感器的扩散小孔还具有隔绝外界高频噪声的效果,使声音敏感结构悬臂梁不直接暴露在气体环境当中,提高了光纤传感器的稳定性和寿命。分别利用Fluent流体仿真软件和COMSOL声学仿真模块对系统的响应时间以及隔音降噪功能进行分析,进一步优化传感器结构尺寸参数。最后,分析了悬臂梁光纤F-P声波传感器的温度特性和光声信号的温度效应,验证光纤传感器的频响曲线随温度漂移的特性,并且实现了光纤光声气体探测技术的温度自补偿。找到光纤光声传感器温度不敏感的点,采用波长调制方法,在温度发生变化时,该工作频率处气体检测的测量误差大大减小,进一步提高测量结果的稳定性。最终利用搭建的光声光谱气体检测系统分别对乙炔（C2H2）和甲烷气体进行了测试。采用白光干涉解调算法,在积分时间为1 s的情况下,对CH4和C2H2气体的检测极限分别达到了1.41 ppm和60 ppb,实现了小型化光纤光声气体传感器对痕量气体的高灵敏度、高稳定性检测。