一.基础介绍
（1）课题研究背景
从十九世纪开始，工业化生产得到飞速发展，使得工业产品逐步丰富，在其发展丰富的同时，生产安全问题突出的表现出来，特别是在生产中产生的可燃、有毒有害气体给生产、生活都带来了极大的危害，为了避免相应危险存在和事故发生，人们不断的研制安全的生产用设备和检测用工具。从气体监测和检测仪器的发展历史上看,矿工可能是最早认识到需要一种检测危险气体装置的工人。由于矿井生产的特点，密闭矿井中复杂多变的气体组分会产生各种各样的危险情况，除了全世界矿工都担惊受怕的“无敌杀手”一瓦斯(主要是甲烷气体)，他们还会遇到像一氧化碳，二氧化碳，氮氧化物，二氧化硫等可能对他们的生命构成极大威胁的气体组分。同时，由于这些气体的不断泄露，沉积而占据了大量的空间，狭小密闭的有限空间中的氧气也会不足。此时简单的防毒工具(比如浸水毛中、海绵过滤器等也已经失去了保护工人的功能，工人可能会因氧气不足而窒息死亡。
1815年第一安全矿灯一-Davy安全矿灯(Davy’s lamp )，同时人们还在利用一些小动物作为安全测试的牺牲品，例如“矿井金丝鸟”。
后来有人发明了一氧化碳的比色管，这也是气体检测仪器的鼻祖，随着氧气的危害进一步的为人所认知，诞生了氧气检测比色管随着船运事业的蓬勃发展，如何监测船舰船舱密闭空间所存在的有毒有害气体，也极大的刺激了现代气体检测装置的发展。1926年，火烧连营般的油船爆炸促使加利福尼亚的标油(Standard0il)公司开始研制、开发可燃气体直读指示器的工作。1927年，0liverW Johnson发明并提出了一种利用可燃气体在一个涂有催化剂的铂丝上进行催化燃烧机理的便携式可燃气体传感器。它有两个表头，一个用来检测可燃性气体，另一个用来调节传感器的平衡零点,这台仪器还可以用手动泵进行远程检测称之为标油电子蒸气指示器Standard 0il Electric Vapor Indicator1928在美国加州硅谷生产这种仪器的Johnson-Williams Instruments公司也成为世界上的第-个制造现场气体检测仪器的生产公司。
可燃气体检测仪仪表最初主要用于检测矿井中的瓦斯气体,随着石油化工的发展安全防爆问题逐步的引起人们的重视。据石化总公司对辽化、金山、兰化等六个石化企业调查资料显示，在我国的石化企业中1958 年以前成套引进的44套生产装置中都没有装备可燃气体检测仪。1964 年以后引进的装置中配备了12台可燃气体检测仪，1972 年以后引进的12套生产装置中配备了215台可燃气体检测仪，可见检测可燃气体的重要性在国外也使逐渐被认识。我国采用的可燃气体检测仪，最初主要依赖国外进口，后来煤矿安全研究机构和一些仪表厂家合作研制出气敏半导体检测元件的仪表,并逐渐用于石油化工中。而石化企业中的气体检测仪发展最初是从为进口仪表研制配件开始的而后逐渐发展起来的燕山石化公司仪表厂、辽阳化纤公司仪表厂，大庆石化总厂仪表厂等制造厂，同时国内也出现了中外合资的制造厂。
我国的气体检测仪发展起步较晚，大多的核心技术都被国外比如日本、美国、瑞士等国家垄断，我国传感器行业发展落后，国内传感器需求，尤其是高端需求严重依赖进口，国产化缺口巨大，传感器已成我国气体检测仪产业发展瓶颈导致国内企业竞争力较弱，国内生产企业最大的竞争压力来自于国外公司。国际知名的气体检测仪器生产企业均在国内设有分公司，霍尼韦尔、英思科、费加罗、梅思安这四家公司就拥有很高的市场地位，造成这种情况主要是因为国内公司产品技术水平远低于国际公司，国内比较大的企业多采购国外产品。国内生产企业技术水平的落后障碍了自身的发展，降低了与国际企业的竞争力,严重制约了我国企业的发展。
本次实验采用的甲烷气体采集MQ-4模块。
（2）MQ-4模块
该模块具有以下几个特点：
1、具有信号输出指示。
2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）
3、TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）
4、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高
5、对甲烷气体，天然气有较好的灵敏度
6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性
7、快速的响应恢复特性
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