瓦斯濃度采集前端：在研究綜合型應用平臺，主要避免因瓦斯濃度過高帶來的災害，因此瓦斯監測的準確性十分重要，故而選擇合適的瓦斯采集傳感器尤為重要。從多方面考慮后，瓦斯濃度采集模塊選用中國船舶重工集團公司第七一八研究所最新研制的MJC4/3.0L載體催化元件，以下是用于煤礦系統中瓦斯濃度采集的傳感器電路設計。瓦斯傳感器硬件接口示意圖如圖2所示。

　　圖2 瓦斯傳感器的硬件接口示意圖

　　瓦斯傳感器采用熱催化式瓦斯傳感器，內部含有載體催化元件。若探頭氣室內無瓦斯氣體，電橋保持平衡，此時沒有信號輸出。反之，則失去平衡，輸出一個電信號，該信號與瓦斯氣體濃度成正比。由于監測信號的值比較小，只有mV級大小，所以要經儀表放大器AD623進行放大，然后再送入CC2430微處理器的P0_0模擬通道進行A/D轉換。CC2430微處理器將經過運算后的數據通過RF射頻模塊進行無線傳輸。

　　載體催化元件根據催化燃燒效應的原理工作，電橋的兩個臂由一個檢測元件和一個補償元件組成。Rc為補償元件，Rd是催化傳感元件，這是一個典型的惠斯通電橋。由穩壓源提供3.0V電源，將Rd和Rc放置 同一監測環境中。在沒有瓦斯的空氣狀態中，Rd=Rc，輸出端信號電壓Uout= 0；如果空氣中有瓦斯氣體存在時，在補償元件阻值不變的情況下，催化傳感元件的表面發生無焰催化燃燒，且阻值隨溫度上升而增加到 Rd+Rd，從而使電橋失去平衡。其工作原理如圖3所示。

　　圖3 基本測試電路

　　當 采用恒壓 源進行 供電 時，輸 出不 平 衡 電 壓如下：

　　（1）

　　則有：

　　（2）

　　Rd與敏感元件的結構尺寸、性質、材料等有關。因此，在理想情況下，電橋輸出的電壓信號與空氣中的瓦斯濃度成正比，在一定濃度測量范圍內，輸出電壓信號與瓦斯濃度呈線性輸出。