引言

　　目前瓦斯氣體在礦井中的積累已成為困擾煤礦安全生產的重大難題，實現瓦斯氣體的準確、有效地監控，對煤礦安全生產有極其重要的意義。由于礦井中存在著即有噪聲以及生產中產生的大量噪聲，被噪聲淹沒的微弱瓦斯信號相對于噪聲來說顯得及其微弱，如輸入信號的信噪比為10–1 、10–2、有的甚至10–5 ，瓦斯信號被“深埋”在噪聲之中，另外檢測傳輸時又受到信號端、傳輸器件及變換器件等本身存在的噪聲影響，表現出的總體效果是有用微弱瓦斯信號被大量的噪聲和干擾所淹沒。由于噪聲具有隨機性，而信號具有周期性、相關性，所以本文采用鎖相放大原理中的相敏檢波技術中互相關運算來削弱噪聲的影響，然后在經過一個低通濾波器，此濾波器的頻帶寬度做的很窄，那么經過相敏檢波輸出后，只有落在低通濾波器的等效噪聲帶寬之內的分量才有輸出，其他的高頻分量均被濾除，此方法具有很強的噪聲抑制能力。方便提取低濃度的瓦斯信號，在微弱瓦斯氣體檢測中達到了高效性和高靈敏度，很好地降低了微弱瓦斯積聚帶來的危害。

　　微弱瓦斯信號檢測的原理和方法

　　衡量瓦斯氣體吸收的基本定律是朗伯比爾定律，其數學表達式如式1：

　　式1

　　式1中：A為吸光度，T為透射比是投射光強度與入射光強度的比值。c為吸光物質的濃度，b為吸收層厚度。

　　其物理意義是：當一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質時，其吸光度A與吸光物質的濃度c及吸收層厚度b成正比。也就是說明光的吸收與吸光物質的濃度成正比。

　　考慮到氣體吸光度與瓦斯濃度變換量的關系，當煤礦井下存在微弱的瓦斯氣體時，式中的b、c值均小，同時比例系數一般很小，那么特別針對于微弱的信號A的值就很微小，所以在檢測瓦斯氣體的濃度時，很容易被噪聲信號掩蓋。為了更好地檢測微弱瓦斯濃度信號，采用的方法是：通過相敏檢波器（乘法器）和低通濾波器（積分器）完成相關運算，利用相關檢測以最大限度地壓縮帶寬、抑制噪聲。

　　相敏檢波器實現相關運算

　　相敏檢波PSD就是對被測信號、參考信號兩個信號間的相位進行檢波，它是將被測信號與參考信號送入PSD中，在混頻器中相乘。PSD工作原理如圖1所示：

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圖1