甲烷是一种无色、无味、易燃、易爆的气体,也是瓦斯气体的主要成分。瓦斯爆炸具有较强的破坏性、突发性,往往造成大量的人员伤亡和财产损失。同时,甲烷也是一种重要的温室气体,会导致温室效应加剧,海平面上升,会影响全球生态系统以及人类的健康和生存。因此,迫切需要对甲烷气体进行实时有效检测。微纳光纤甲烷气体传感具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、高灵敏度等诸多优点,具有广泛的应用前景。本文介绍了甲烷气体传感器的研究意义与背景,对国内外研究现状做了简要的阐述。介绍了微纳光纤传感理论。介绍了四种类型的微纳光纤传感器,着重介绍了干涉型微纳光纤传感器,对基于微纳光纤表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）的传感器性能参数进行了分析。建立了基于银膜和金膜的微纳光纤SPR甲烷气体传感模型,根据灵敏度、透射强度、品质因数（Figure Of Merit,FOM）等性能参数对微纳光纤传感器的纤芯、包层、金属膜厚以及涂覆层厚度进行了参数优化,提高了传感器的性能。确定了基于银膜的微纳光纤SPR传感器参数,纤芯直径为Dcore=9μm,包层直径为Dcladding=10μm,银膜厚度d Ag=15nm,涂覆层厚度d=0.5μm。涂覆层材料为Cryptophane-A材料。数值计算表明,当甲烷浓度从0.0%增加到5.0%时,基于银膜的微纳光纤SPR透射谱吸收峰向短波方向漂移了106.5 nm,其灵敏度可达5605.26 nm/RIU。此外,还研究了基于金膜的微纳光纤SPR甲烷气体传感模型。基于金膜的微纳光纤SPR传感器光纤参数与银膜相同,其金膜厚度为d Au=15 nm。数值计算表明,当甲烷浓度从0.0%增加到5.0%时,SPR透射谱吸收峰向短波方向漂移了96.6 nm,其灵敏度可达5084.21 nm/RIU,计算表明微纳光纤SPR传感器有着良好的传感特性。实验研究了基于Zn O纳米材料和基于石墨烯掺杂的Sn O2材料的微纳光纤传感器的甲烷响应特性。制备了Zn O纳米材料和石墨烯掺杂的Sn O2材料。通过火焰熔融拉锥法制备了微纳光纤微结构,并将Zn O纳米材料和基于石墨烯掺杂的Sn O2材料涂覆其上,分别制作了基于Zn O纳米材料和基于石墨烯掺杂Sn O2材料的微纳光纤甲烷气体传感器,对其甲烷浓度响应特性进行了实验研究。在0.0%至5.0%的甲烷浓度范围内,基于Zn O纳米材料的微纳光纤传感器的响应灵敏度为0.1412 d B/%。在0.0%至15.0%的甲烷浓度范围内,基于石墨烯掺杂的Sn O2材料的微纳光纤传感器的响应灵敏度可达0.063 d B/%。实验表明,传感器性能良好。本文的研究对于光纤甲烷气体浓度检测具有一定的理论和实践指导意义。