本文研制了一种专用于测试和预警矿井甲烷浓度的检测仪,它基于气体分子的红外吸收原理,采用了非分光技术(NDIR),并选用了带有ARM (Advanced RISC Machines) Cortex-M3内核的STM32单片机作为微处理单元对整个系统进行控制,并以滤光片将作为激励源的脉冲红外光源发出的光分为两路,一路光波长为3.31μm,称为测试通道,一路光波长为4.00μm,称为参考通道,通过对这两路通道的测试数据的参比处理,最终得出测试甲烷的浓度。在大量的研究考证中设计了一套相对完整的系统软硬件构架。硬件方面,提出了弯管气室的结构设计,有效延长光路使气体能充分吸收红外光,并将光源及热释电红外探测器集成在气室上构成一个完整的气体分析系统,使三者相对位置不变,有效减少误差。选择了合适的滤光片配合热释电探测器以达到单光路双波长的效果。设计了滤波和放大电路对探测器输出的微弱信号进行了调理以满足单片机处理电压范围,并设计有液晶输出接口对测量数据进行实时的显示,同时也能通过串口连接至上位机,对实验数据进行在线查询和保存。软件方面,采用模块化的设计方式,对测试数据的采集和处理进行了有效的编程控制,STM32驱动A/D转换模块采用了多次去噪算法、多次算术平均滤波和前向积分法对所得电压数据进行采集,最终提高了模数转换的分辨率,保证了测量的精度,且报警值写入EEPROM,实现了断电保存。在仪器标定上,创新使用了在单片机中植入查询表程序的方式,即是在实验收集到一定量数据的基础上用有限的数据点在软件中用回归拟合的方式得到一条反映甲烷浓度与测试数据之间关系的呈指数式的曲线,再通过软件算出其一一对应的更密集的浓度点,将浓度与测试数据的对应信息以查询表程序的方式植入单片机,在实际测量过程中即可根据测试数据输出对应浓度信息。大量实验显示,该检测仪具有不易中毒,不易爆炸和响应速度快的特点,且功耗和体积较小。偏移量最大仅0.286%,系统灵敏度达到了100ppm,响应时间为25S,测试系统的各项性能基本达标,达到了预期效果。