气体传感器技术在国家重点支持发展下有了较快的进展，气体传感器在工业生产、家庭安全、环境监测等领域起到了越来越重要的作用。气体传感器的工作原理，从瓦斯爆炸的原理、危害入手，分析了气敏传感器在预防煤矿瓦斯爆炸中的重要作用，设计了预防煤矿瓦斯爆炸的报警电路。
瓦斯爆炸是煤矿安全生产的隐患之一，当瓦斯浓度在5%至16%，氧气浓度大于12%，遇到火就会引起爆炸，瓦斯爆炸产生的高温高压使爆炸气体向外冲击扬起大量的煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力。瓦斯爆炸造成人员伤亡、器材设施损毁，给家庭带来沉重灾难，给国家经济带来巨大损失。所以瓦斯爆炸的预防必须加以重视。
气体传感器在工业安全领域的销量是大的，产值大约占到60%。其中目前主要使用的是电化学原理气体传感器检测气体浓度。
电化学传感技术始于50年代初。今天，它仍然是检测氧气和有毒气体流行的一种方法。电化学气体传感器是通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作的。类似于其他任何技术，在使用电化学传感器检测气体时具有灵敏度高，选择性好，低浓度输出线性好等优点，同时。在低温低湿和高温高湿的极端环境下性能表现良好。专业用于需要测量分析氧气及有毒有害气体的石油化工，环保煤矿行业等。
工业安全的分类比较多，凡是有可能产生气体爆炸、窒息或中毒的场合都会用到，这些场合包括：煤矿、天然气、钢铁厂、石油开采、空气分离、石油化工、煤化工、氨化工等。 其中煤矿行业在气体检测报警方面需求仍旧很高；而煤矿行业提供的能源主要用作电厂、化工、钢铁、运输、锅炉等行业，在我国能源结构中一度占比达到80%，随着经济的快速发展，虽然在能源应用的占比有所下降，但是需求总量确实逐年增长。可以说煤炭行业已经深入我们的国家队各行各业，该行业主要包括发电、冶金、制造、锅炉、运输、农业等部分。
为保证生产、加工、运输、使用环节的安全，需要对各个环节的瓦斯爆炸、毒性气体泄漏防爆等危险气体进行检测、监控。同时国家相关单位制定了相应的监控标准，并有国家煤矿安标办及相应的检测机构进行相应标准的宣贯、和产品验收和检验。
气体安全检测贯穿燃煤的生产和加工、运输和使用的全过程，如生产过程中作业的瓦斯、一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）、氧气等的检测，煤碳加工中如烧焦工业、煤气化-合成氨、煤制合成油、煤化工联产等行业对二氧化硫、硫化氢、一氧化碳、氯气、氨气等气体的检测。
目前针对煤矿行业气体检测主要有以下几种方式：
1. 氧气和有毒气体检测
主要采用电化学类气体传感器，可测各类毒性气体及氧气。
安全类电化学气体传感器:丰富的气体传感器产品线，包括煤矿中常见的气体检测如：CO、SO2、H2S、NO2、NO、CL2、NH3等，每种气体传感器都有不同量程不同尺寸选择。同时电化学传感器具备低功耗、高精度、高灵敏度、线性范围宽、抗干扰能力强、优异的重复性和稳定性等优势。
氧气传感器O2-A2：0-30%VOL电化学原理，常规氧浓度检测，稳定性好，电路应用简易，两年寿命。常用安全环境氧浓度检测报警。氧气传感器（O2-A2）主要用于测量环境中氧气气体浓度，根据测量范围的不同和工作寿命的长短，氧气传感器有多个型号，比如：长寿命氧气传感器（O2-A3） 、氧气传感器（O2-A2） 、氧气传感器O2-A1(1年寿命) 、氧气传感器O2-G2（小尺寸） 、 氧气传感器O2-C2 、氧气传感器O2-C3 等。
2. 瓦斯气体(CH4)甲烷检测
煤矿领域主要采用催化元件检测瓦斯爆炸下限，目前国内产品占主流市场，主要测100%LEL，也有采用热导元件或红外原理测100VOL%。
催化燃烧式甲烷传感器 (CH4传感器)CH-A3：0-100LEL%，抗中毒性强、稳定性高、IEC/EX防爆认证。常用于石化，矿井下等恶劣场合的可燃气体检测。
总之电化学气体传感器是一项已使用了多年的成熟技术，并且将继续是气体检测传感器的基石。英国Alphasense是一家专业设计生产气体传感器的公司，对每一只传感器都能提供给100%的追溯数据。作为一家完全独立的气体传感器开发和制造公司，Alphasense已经掌握了全面权威的气体传感器技术。尤其对于电化学原理气体传感器来说，公司已经向诸多知名OEM厂商提供优质的氧气及有毒有害气体电化学传感器。传感器型号选择非常丰富。
气体传感器的工作原理和分类
瓦斯的主要成分是甲烷（CH4），是无色无味可燃的气体，由于当中混有一定量的硫氧化物等其他成分，使其具有一定刺激性气味。自60年代我国利用气体在电极上氧化还原反应研制出的第一个气敏传感器问世，自此后气体传感器飞速发展，安全应用于有毒有害气体和可燃烧气体泄漏检测，环境检测等。
我国从80年代初开始深入研究气体传感器，当前各国研究的主要方向是提高气体传感器的敏感程度和在恶劣环境中的工作时间以及智能化等。
所谓气体传感器是将被测气体的浓度转换为与其成一定关系量输出的装置或器件。气体传感器是化学传感器的一大分类，气体传感器从结构上可分为干式和湿式两种。干式气体传感器是指构成气体传感器的材料为固体；而利用水溶液或电解液感知待测气体的传感器称为湿式传感器。气体传感器按气敏特性细分又可分为半导体气体传感器、接触燃烧式气体传感器、电化学气体传感器、红外吸收型气体传感器、声波气体传感器、高分子气体传感器等等。
红外甲烷传感器工作原理
红外甲烷传感器是利用甲烷3.33μm波长的红外光有一极强的吸收峰，而杂质气体中影响较大的水蒸气和二氧化碳则并无明显吸收这个光谱特性，来实现甲烷气体检测。测量气体分子的光吸收谱是气体种类辨别和气体气分子浓度测定的有效手段。煤矿红外甲烷传感器所采用的光谱气体传感器技术，正是基于甲烷（CH4）分子振动/转动吸收特征谱或复合吸收谱线与发光点源发射谱间的光谱一致性。当红外光通过待测气体时，甲烷对3.33μm波长的红外光有一极强的吸收峰，正是这个光谱特性，实现了甲烷气体的检测。
红外甲烷传感器的技术创新
红外甲烷传感器技术上的创新，表现在一下几个方面。
采用了双敏感元件， 补偿信号处理， 实现了0-100全量程甲烷浓度测试。
以丙纶微孔通气滤膜作为煤矿红外甲烷传感器防尘、防潮保护膜，很好的解决了煤矿气体传感器呼吸防尘防水问题。丙纶微孔薄膜是一种特殊的新材料，膜表面0.456cm2有90多亿个微孔，微孔直径0.2-3μm，即使zui小的粉尘颗粒也难以通过薄膜。这种材料采用特殊工艺复合而成，具有极强的化学稳定性，表面及其光滑，极易清理灰尘，不易老化，透气性能好，拒油拒水。适用于煤矿高浓度、高湿度的含尘气体以及高附着性的粉尘环境。由于多层微孔通气膜可实现表面过滤，粉尘不会渗透到内部，滤网由此还杜绝了堵死现象。
采用了程序升压方法抑制激励光源启动电流时红外甲烷传感器启动电流控制在150mA内。将红外光谱吸收法测量甲烷浓度，由于电路复杂，元器件多，主要是发光器件功耗大，上电时光源会呈现低阻状态，系统启动电流大，国内同类产品的启动电流一般不小于250mA，这对于设备供电能力提出了更大的要求。我们选择恒流电源供电方式，来解决启动电流大问题。在上电之前，电源输出一个低电压给发光元件，使发光元件的初始电流保持恒定，之后顺序升高供电电压，直到正常供电。实践证明，这种方法可有效抑制设备的启动电流。
采用了自吸气体交换方法，提高了气体快速交换速度。白光电源在实现调制过程中，由于电源发光产生热量，在周期性开关时形成气室内气流的微小震荡，提高了气室气体交互能力。
采用了小型气室温度补偿方法，提高了设备温度使用范围。温度对红外气体分析有较大影响，且是复杂的非线性关系，必须对红外气体传感器因温度变化引起的测量误差进行实时核正。由于温度对红外气体分析的影响很难建立机理模型，必须通过试验来取得数据进行建模，首先建立特定温度下甲烷浓度值与红外甲烷传感器输出的浓度电压之间的数值关系，然后再建立温度与红外甲烷传感器输出的浓度电压之间的关系。经过长时间的试验，确定温度补偿的数学模型；可有效保证传感器的测量精度。
红外甲烷传感器采用双CP控制方式，系统运行稳定可靠，为了提高测量的精度，必须对测量信号进行非线性补偿，同时还要根据测量传感器的温度环境进行温度补偿。我们采用一个专门的DSP进行前级信号处理，同时使用一个独立的CP完成报警、设定、遥控、输出等功能，这样即解决了运算量大的问题，同时也使前级的模拟信号传输距离缩短，避免了模拟信号传输过程带来的干扰。
红外甲烷传感器适用于高硫煤矿及其他复杂气体含量的煤矿，很好的解决了这些煤矿一直以来存在的难题。传统煤矿瓦斯监测设备由于其测量原理的限制，在高硫煤矿几乎无法使用，一些高硫煤矿因此不安装煤矿瓦斯监测系统，对安全生产造成了极大的隐患。红外甲烷传感器不受任何气体的影响，不仅可以在高硫含量的煤矿中使用，也可以在其他更加复杂的气体环境中稳定可靠的工作，从根本上解决了复杂气体环境下瓦斯监测的难题。
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