刘海，教授，博导，中国矿业大学信息与控制工程学院副院长，《工矿自动化》杂志青年专家委员会委员。主要从事微纳结构光电性能调控的物理机制及其器件特性研究，探索光电传感检测技术物理机理及运用，推动半导体集成器件的自主可控与国产化进程。近5年承担国家自然科学基金面上项目、军委科技委GF创新特区项目和国家重点研发子课题多项。从微结构光纤或超构材料入手，实现了地下空间危险气体和应力应变等主要灾害源的实时监测预警；从硅基光器件的耦合传输物理机理、效应及规律入手，满足目标探测、安全监测和波束调制等特定需求。成果获省部级以上奖励3项。近5年以第一作者或通信作者发表高水平论文40余篇，获授权专利10余项。

       甲烷是构成瓦斯的主要成分，因此，如何高效灵敏地检测甲烷等危险气体显得尤为重要。与传统甲烷传感器相比，超表面甲烷传感器具有高度灵敏、性能稳定、小型化、集成化、多功能可定制等优点，更满足在煤矿等复杂环境下的应用需求。为满足矿井环境安全监测高灵敏度的需要，选择基于Fano共振原理设计超表面甲烷传感器。Fano共振对周围环境介电常数的改变极其敏感，能够满足高灵敏度、高精度的监测需求，在煤矿安全监测方面具有极大的应用潜力。

       超表面结构由周期性的硅纳米结构和SiO₂衬底组成，包含4个方形硅环纳米结构及中心的硅纳米方块。通过改变几何参数P，W，d，观察其对全介质超表面结构Fano共振的影响，结果表明，综合考虑结构的品质因数Q和调制深度T，应选取方形硅环中心距离为1 000 nm，方形硅环的内边长为100 nm，硅纳米块的边长为200 nm，此时品质因数为227.60，调制深度为99.979%，接近100%。通过在超表面结构内涂覆甲烷气敏薄膜实现传感检测功能，结合极窄线宽的Fano谐振特性和显著的局域场增强效应，实现对甲烷气体的高精度检测。

       结合光纤传感技术设计传感子系统。光源采用恒流驱动的高亮发光LED，LED发出的光透射超表面传感器，输出信号经信号整形器和AD采样后送入微处理器。结合煤矿实际环境，设计了煤矿安全监测系统。该系统主要由传感子系统、井下检测控制中心、井下网络交换机、地面网络交换机、地面监控中心和地面调度管理中心等组成。在监测探头检测到甲烷浓度后，井下检测控制中心将检测数据通过井下交换机传输至地面，地面网络交换机接收数据并将结果反馈至地面监控中心，地面监控中心将矿井信息实时发布在电子显示屏上。当井下危险气体浓度超出安全范围时，立即发出报警信息，地面调度管理中心有序疏散工作人员，对危险气体进行排查和处理，降低意外发生的风险及造成的损失。