小晋甲烷传感器内部的核心是检测元件，目前矿井井下主要采用催化燃烧式（又称热导式）和半导体式两类。催化燃烧元件由两个铂丝电阻组成，一个涂覆催化剂作为工作元件，另一个作为补偿元件，当甲烷气体扩散进入气室时，工作元件温度升高导致电阻变化，补偿元件保持恒定，两者差分信号经电路放大后即可换算为气体浓度值。半导体式传感器则依赖金属氧化物半导体材料在还原性气体环境中电阻率变化，响应速度更快，但受温湿度干扰较大，适合辅助检测。
气室是传感器内部的关键结构件，采用金属或陶瓷材质，内部设有进气通道和扩散孔，孔径一般在0.2-0.5毫米之间，直接影响响应时间和灵敏度。气室内部通常涂覆疏水涂层，防止水分凝结影响测量精度。在矿用防爆和矿用隔爆标准下，气室外壳需承受内部爆炸压力而不向外传播火焰，隔爆面间隙、结合面粗糙度等参数严格遵循GB 3836系列标准，这是保证井下安全运行的第一道防线。
信号处理电路位于传感器主板区域，包括信号放大电路、滤波电路、A/D转换模块和MCU主控单元。放大电路将微弱差分信号提升至可处理电平，滤波电路去除高频噪声干扰，A/D转换器将模拟信号转为数字信号，MCU完成温度补偿、量程校准和超限报警逻辑判断。主板通常采用四层或六层PCB设计，焊接工艺需满足抗振动要求，所有电子元器件选择工业级或军品级，适应矿井潮湿、粉尘、低温等恶劣工况。
电源模块为传感器提供稳定的直流供电，井下通常使用AC220V或DC127V/DC24V供电，内部通过变压器或开关电源模块降压稳压，输出+5V和+12V两路电压分别给模拟电路和数字电路供电。电源部分需具备过压保护、浪涌抑制功能，防止井下电网波动损坏传感器。
输出部分包含RS485通信接口和继电器输出端子，RS485用于与监控主机或PLC组网通信，遵循Modbus协议，继电器输出用于控制切断井下非本质安全电源，实现甲烷超限自动断电保护。整机外壳采用铸铝或不锈钢材质，防护等级不低于IP65，表面做防腐处理，以适应煤矿井下高湿、腐蚀性气体的环境要求。
