王海波

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0 引言

一氧化碳是煤矿的主要灾害气体之一，主要来源于采空区煤炭自然发火和矿井瓦斯爆炸时煤炭和煤尘的不完全燃烧，可燃且剧毒，可迅速致人死亡。《煤矿安全规程》规定：煤矿井下空气中一氧化碳体积分数不得大于24×10-6[1]。煤矿必须安装一氧化碳传感器以保证持续监测一氧化碳浓度，浓度超限时应及时报警，以保证矿工生命安全。目前煤矿安全监控中的一氧化碳传感器仍以有线供电模式为主，由于煤矿井下布线受限，导致一氧化碳传感器分布范围小，监测区域受限。通过部署分布式无线一氧化碳传感器可以实现大范围一氧化碳浓度测量，进一步确保矿工生命安全。分布式无线一氧化碳传感器技术要求一氧化碳传感器廉价、低功耗、微型化[2]。目前煤矿主要采用液体电解质电化学一氧化碳传感器，其功耗较低，但存在成本较高、漏液、难以实现微型化等缺点，不能完全满足分布式无线传感需求。微机械电子系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)和新材料的发展推动了低功耗一氧化碳传感器技术的革新。MEMS起源于20世纪70年代末[3]，应用微纳加工生产线可实现高性能一氧化碳传感器的批量制造。基于MEMS技术的一氧化碳传感器成本低廉、功耗低、易于实现微型化。纳米材料具有高比表面积、纳米效应、量子效应等特殊性质[4]，可提高一氧化碳传感器的灵敏度。本文介绍了低功耗一氧化碳传感器的工作原理和研究进展，分析了低功耗一氧化碳传感器的优缺点，展望了低功耗一氧化碳传感器的发展方向和前景，为后续进一步研究低功耗一氧化碳传感器提供参考。……