基于光谱法的矿井瓦斯浓度测量装置设计探析
摘要：本文介绍了可调谐二极管激光吸收光谱法测量瓦斯浓度的基本原理，并给出了测量装置的结构框图。该装置具有灵敏度高、选择性强和响应快速的特点，且抗井下环境干扰信号的能力强，检测结果的可靠度大大提高，实现对高瓦斯突出危险性矿井的区域性预测和瓦斯灾害的超前预测。
关键词：可调谐二极管激光器；吸收光谱；Zigbee；瓦斯浓度
中图分类号：TD71 文献标识码：A
在我国煤炭行业，随着煤矿开采，煤层瓦斯涌出量越来越大，安全上的隐患也越来越多。建设一个系统的、全面的煤矿瓦斯实时监测系统势在必行。传统甲烷浓度的检测主要是气相色谱法（GC-FID），但采集数据时间长，不能进行连续监测。使用单频的激光光谱法监测瓦斯化学成分的方法可以弥补这些不足 。
从待测区出来的激光包含了待测气体的浓度信息，经过处理后可以真实反演出目标气体的浓度。
3硬件电路设计
3.1放大和滤波电路
由于探测信号接收器输出信号非常微弱，只有几十微伏，且易受干扰，故放大和滤波电路。此电路由集成运放和RC网络构成，既具有集成运放的高增益和高输入阻抗、低输出阻抗的放大与缓冲作用，又具有体积小、性能稳定的优点。它可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的。此外，改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。
3.2 CC2530无线传输模块
CC2530是基于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE上的一个片上系统解决方案，能满足超低功耗系统的要求，具有优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，其特点是以极低的总材料成本建立较为强大的网络节点，特别是结合了RF 收发器、增强型8051 CPU、系统内可编程闪存、8-KB RAM 和许多其他模块的强大的功能。
结语
此系统研究采用了先进的可调谐红外二极管激光器作为光源，用光谱法实时在线煤矿中瓦斯浓度，克服了传统方法（如气相色谱法（GC-FID）） 实时性差的缺点，实现了完全非接触在线自动监测，完全真实反映矿井瓦斯浓度。
此系统完全可以放在开放的工作区域，利用光纤作为信号传输通道，通过Zigbee模块形成一个覆盖矿井的探测网络，实现多点探测。有效抑制系统噪声和各类干扰，提高了测量结果的可靠性，实现了实时在线煤矿中瓦斯浓度和完全非接触在线自动监测，完全真实反映矿井瓦斯浓度。
参考文献
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