李加明，焦明之✉，钱 晨

1) 矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室，徐州 221116 2) 中国矿业大学信息与控制工程学院，徐州 221116

我国煤矿资源虽然丰富，但是每年消耗体量巨大，而且开采难度逐渐增大，安全生产更需要关注[1].制约煤矿安全的主要灾害之一是瓦斯灾害，瓦斯中有体积分数约为90%的甲烷(CH4)气体[2]，空气中甲烷体积分数在4.9%～15.4%内就能引起爆炸[3]，不但会造成经济损失，而且可能造成人员伤亡，因此，实时监测甲烷浓度有利于预防瓦斯爆炸，保证人民健康与生产安全.

煤矿常用甲烷传感器有催化燃烧型、光干涉型、热导型和激光型等.催化燃烧型和热导型甲烷传感器工作温度比较高，功耗高[4]；光干涉型用于人工测量，难以接入监测系统[5]；激光型甲烷传感器性能稳定，但成本高[6]；此外，目前矿下所用的甲烷传感器都是有线供电，难以实现危险区域全覆盖监测.使用分布式低功耗甲烷传感器实时监测，是未来甲烷监测的发展趋势.金属氧化物(MOS)半导体气体传感器具有体积小、容易集成、成本低、性能稳定和价格低廉等优点，市场应用比较广泛[7].传感器作为物联网的感知端，使用分布式低功耗甲烷传感器实时监测，是未来甲烷监测的发展趋势.如果能进一步降低传感器的功耗，也有利于物联网的发展[8].

MOS 传感器检测气体种类和浓度的原理为：敏感材料被待测气体氧化或还原反应，表现为电阻值变化.敏感材料通常在200 ℃以上才表现出良好活性，有些材料在400～500 ℃才能有效检测甲烷浓度[9].合适的工作温度可以优化传感器的选择性、灵敏性，进一步影响响应时间；……