在控制领域中,具有优良性能的传感器对提高控制精度与控制质量有重要作用。针对煤矿工业,则需要快速准确地检测出甲烷含量。本文采用了实验与仿真相结合的方法,研究了电离式气体传感器应用于甲烷气体检测的可行性。本文利用阳极氧化法制备了TiO2纳米管电极材料,对该材料进行了表征,并利用该材料组装了气体传感器,组建了传感器测试系统,通过实验获得了电离式气体传感器的伏安特性曲线。通过组建控制方程搭建了基于流体-化学动力学混合方法的微纳电离式气体传感器的仿真模型,获取了电流密度随电压变化的特性曲线,采用归一化方法处理实验数据与仿真数据,分析其发展规律,验证了传感器极间气体放电仿真模型的可靠性。通过计算空间电荷引起的电场畸变程度,分析了甲烷无火花放电的关键参数,并基于带电子输运过程阐明了甲烷无火花放电机理;分析了正离子成份、电子能量随甲烷浓度的演化过程,最终建立了器件宏观电特性与甲烷电离效应的联系,完善了微纳电离式器件的敏感机理,并分析了其敏感性能;结果显示该电离式传感器模型不仅能够用于矿井甲烷气体检测传感,还可用于大量程范围内的甲烷浓度检测;该传感器检测线性度高,R-sq为0.997;最大灵敏度为30 A/ppm·m2;器件的响应速度在10-2s级。最后,对比分析了两种不同电极结构对传感器性能的影响。结果表明在微纳结构下获得的气体放电电流密度比平板结构下的电流密度高出一个数量级,且微纳结构下的线性程度更好,灵敏度更高。本文的机理仿真研究为制备矿用电离式甲烷传感器奠定了理论基础,对制备适用于智慧矿山物联网的高性能气敏传感器具有良好借鉴意义。