地下位移测量方法及理论研究

地下位移监测是地质灾害预测、岩土工程项目质量安全评价的重要手段及研究热点。结果表明所设计的传感器在非敏感方向上梁的刚度较大，轴向交叉效应得到了有效抑制。它可以深入岩土体内部进行地下不同深度水平位移、沉降、倾斜方向等地质参数的动态监测,因此能准确检测地下位移形变信息,确定滑移面和变形范围,进而研究变形机制、成灾现状、发展趋势及防灾预报。

监测上的不可见和复杂性导致地下位移监测技术发展缓慢,存在精度差、成本高、非自动化或难于准确计算地下位移量等问题。本文提出了一种基于新型电磁式地下位移传感器组和GPRS无线网络的地下位移自动测量及远程监控方法,设计了水平型(Ⅰ型)和水平-垂直复合型(Ⅱ型)两款电磁式地下位移传感器。随着微型设备,如无线微型传感器等体积的减小和功能的增多,其能源供应问题日显突出,因而使得使用寿命缩短。针对这两款传感器进行了地下位移测量方法及相关理论的深入研究工作。综合考虑影响Ⅰ、Ⅱ型传感器传感特性的各种因素及相关参数,提出了三个具有较高计算精度且适合硬件实现的测量理论模型。

磁电阻/超导复合式磁传感器原理

磁电阻/超导复合式磁传感器早由D. Robbes等人提出，该类传感器主要由磁电阻传感器和超导磁场放大器构成。其中超导磁场放大器是一个由超导薄膜构成的闭合环路。深圳瑞泰威科技有限公司是国内IC电子元器件的代理销售企业，***从事各类驱动IC、存储IC、传感器IC、触摸IC销售，品类齐全，具备上百个型号。超导环路中有一段宽度狭窄区域。磁电阻传感器位于超导磁场放大器环路狭窄区域上方并由绝缘层分隔。

对于超导磁场放大器而言，其磁场放大倍数主要由放大器的尺寸和狭窄区域宽度决定。增大超导磁场放大器的尺寸，以及减小狭窄区域的宽度，都会显著增加超导磁场放大器的磁场放大倍数。转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量的应变转换成适于传输或测量的电信号部分。例如，理论计算表明，当超导磁场放大器直径达到25 mm，狭窄区域宽度为2 μm时，磁场放大倍数将达到3500 倍，而相应的磁电阻/超导复合式磁传感器的磁场探测能力将有望达到1 f，甚至更低的磁场。

磁电阻/超导复合式磁传感器的性能不仅取决于超导磁场放大器的磁场放大能力，同时也取决于磁电阻传感器的灵敏度、噪声等特性。目前在磁电阻传感器领域性能为优异、同时有应用价值及潜力的当属GMR和TMR磁传感器。理论计算表明，减小TMR—超导磁放大器间距将使得磁场放大倍数呈指数形式上升。下面将分别对GMR/超导复合式磁传感器的发展及本课题组在TMR/超导复合式磁传感器制备、测试方面开展的工作进行介绍。

电阻应变式压力传感器

将电阻应变片粘贴在弹性元件特定表面上，当力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于弹性元件时，会导致元件应力和应变的变化，进而引起电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经电路处理后的以电信号的方式输出，这就是电阻应变片传感器的工作原理。

电阻应变片应用的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。Maxim广泛的硅温度传感器IC支持医学、工业、数据中心及移动等各种应用。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D 转换和 CPU ）显示或执行机构。

半导体应变片是利用半导体单晶硅的压阻效应制成的一种敏感元件。半导体应变片需要粘贴在试件上测量试件应变或粘贴在弹元件上间接地感受被测外力。伴随着科技进步和信息技术的发展，除了灵敏度之外，人们也对磁传感器的尺寸、稳定性、功耗、制备工艺的简单化等提出了越来越高的要求。利用不同构形的弹元件可测量各种物体的应力、应变、压力、扭矩、加速度等机械量。半导体应变片与电阻应变片相比，具有灵敏系数高（约高 50～100倍）、机械滞后小、体积小、耗电少等优点。