甲烷传感器作为矿山物联网一种重要的“感觉器官”,是煤矿生产的安全保障。随着MEMS技术的高速发展,出现了微型甲烷传感元件。MEMS甲烷传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高、易于批量生产、易于集成化等优点,可以很好的满足新时代物联网对甲烷传感器的需求。准确表征MEMS甲烷传感器的电流-电压和功耗特性、响应时间等特性,明确传感器各项参数,是展现MEMS甲烷传感器的性能、发挥其优点的前提和基础。传统的MEMS甲烷传感器特性表征主要是通过数字源表、示波器等仪器进行测量与数据分析,此类方法具有价格昂贵、不便于携带、使用复杂等缺点。为此,提出了便于现场使用的MEMS甲烷传感器特性表征系统的设计研究,主要研究工作如下:首先,MEMS甲烷传感器特性表征系统的硬件电路设计。根据MEMS甲烷传感器的特性表征需求,以STM32单片机为控制核心,设计传感器驱动电路、A/D数据采集电路、时钟模块电路、存储模块电路以及电源管理电路等外围电路,并完成PCB制板。系统能够为MEMS甲烷传感器提供恒定电流和不同步长、时间的阶梯电流等多种电流激励以及采集该电流激励下传感器的响应电压值。其次,硬件系统功能的实现,数据异常检测模型构建与上位机的设计。硬件系统采用模块化的编程方式进行程序设计,设计了D/A信号输出、A/D数据采集和数据存储等模块,并且将UCOSⅡ操作系统植入单片机,实现多任务调度,提高了系统的实时性;利用Matlab算法开发工具构建了基于随机森林的数据异常处理模型,能够将正确、错误数据分类并剔除错误数据,提高了系统在多种环境下使用的稳定性;设计上位机实时显示电流激励大小和此激励下MEMS甲烷传感器的响应电压值以及特性曲线。最后,完成了对MEMS甲烷传感器电流-电压和功耗等特性的测试。针对MEMS甲烷传感器特性表征系统与原有特性表征方式进行了实验,同时确定了被测传感器的最佳工作电流、功耗、灵敏度、响应时间等参数。使用特性表征系统实现MEMS甲烷传感器的电阻匹配调整,解决了MEMS甲烷传感器在桥式电路中电阻不匹配的问题。结果表明,系统实现了对MEMS甲烷传感器的特性表征,并且具有体积小、成本低、精度高、实时显示特性曲线、使用方便灵活的优点。该论文有图54幅,表8个,参考文献86篇。