地下位移測量方法及理論研究

地下位移監(jiān)測是地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測、巖土工程項(xiàng)目質(zhì)量安全評(píng)價(jià)的重要手段及研究熱點(diǎn)。它可以深入巖土體內(nèi)部進(jìn)行地下不同深度水平位移、沉降、傾斜方向等地質(zhì)參數(shù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測,因此能準(zhǔn)確檢測地下位移形變信息,確定滑移面和變形范圍,進(jìn)而研究變形機(jī)制、成災(zāi)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及防災(zāi)預(yù)報(bào)。模擬輸出器件(一般是電壓輸出，但有些也具有電流輸出)在其需要ADC來對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理時(shí)像無源解決方案。

監(jiān)測上的不可見和復(fù)雜性導(dǎo)致地下位移監(jiān)測技術(shù)發(fā)展緩慢,存在精度差、成本高、非自動(dòng)化或難于準(zhǔn)確計(jì)算地下位移量等問題。本文提出了一種基于新型電磁式地下位移傳感器組和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的地下位移自動(dòng)測量及遠(yuǎn)程監(jiān)控方法,設(shè)計(jì)了水平型(Ⅰ型)和水平-垂直復(fù)合型(Ⅱ型)兩款電磁式地下位移傳感器。針對(duì)這兩款傳感器進(jìn)行了地下位移測量方法及相關(guān)理論的深入研究工作。為此,基于高斯混合實(shí)現(xiàn)的IC-PHD濾波,本文提出一種改進(jìn)的濾波算法。綜合考慮影響Ⅰ、Ⅱ型傳感器傳感特性的各種因素及相關(guān)參數(shù),提出了三個(gè)具有較高計(jì)算精度且適合硬件實(shí)現(xiàn)的測量理論模型。

磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器原理

磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器早由D. Robbes等人提出，該類傳感器主要由磁電阻傳感器和超導(dǎo)磁場放大器構(gòu)成。其中超導(dǎo)磁場放大器是一個(gè)由超導(dǎo)薄膜構(gòu)成的閉合環(huán)路。超導(dǎo)環(huán)路中有一段寬度狹窄區(qū)域。這種磁電阻效應(yīng)次由WilliamThomson于1857年在鐵樣品中發(fā)現(xiàn)。磁電阻傳感器位于超導(dǎo)磁場放大器環(huán)路狹窄區(qū)域上方并由絕緣層分隔。

對(duì)于超導(dǎo)磁場放大器而言，其磁場放大倍數(shù)主要由放大器的尺寸和狹窄區(qū)域?qū)挾葲Q定。增大超導(dǎo)磁場放大器的尺寸，以及減小狹窄區(qū)域的寬度，都會(huì)顯著增加超導(dǎo)磁場放大器的磁場放大倍數(shù)。例如，理論計(jì)算表明，當(dāng)超導(dǎo)磁場放大器直徑達(dá)到25 mm，狹窄區(qū)域?qū)挾葹? μm時(shí)，磁場放大倍數(shù)將達(dá)到3500 倍，而相應(yīng)的磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器的磁場探測能力將有望達(dá)到1 f，甚至更低的磁場。有色金屬型：主要檢測鋁一類的有色金屬根據(jù)結(jié)構(gòu)類型分:1、兩線制接近傳感器：兩線制接近傳感器安裝簡單，接線方便。

磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器的性能不僅取決于超導(dǎo)磁場放大器的磁場放大能力，同時(shí)也取決于磁電阻傳感器的靈敏度、噪聲等特性。目前在磁電阻傳感器領(lǐng)域性能為優(yōu)異、同時(shí)有應(yīng)用價(jià)值及潛力的當(dāng)屬GMR和TMR磁傳感器。下面將分別對(duì)GMR/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器的發(fā)展及本課題組在TMR/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器制備、測試方面開展的工作進(jìn)行介紹。本文將傳感器的測量電路分為單片機(jī)管理模塊、轉(zhuǎn)矩傳感器芯片模塊、角度傳感器電路芯片模塊,并分別對(duì)各測量電路進(jìn)行了選材和設(shè)計(jì)。

一般將傳感器的功能

一般將傳感器的功能與人類5大感覺相比擬：

光敏傳感器—來—視覺；聲敏傳感器——聽覺；氣敏傳感器——嗅覺；化學(xué)傳感器——味覺；壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺。

敏感元件的分類：物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)?；瘜W(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。生物類，基于酶、、和等分子識(shí)自別功能。重點(diǎn)討論了開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng),升壓電路的啟動(dòng)和大占空比升壓電路的原理,給出了一個(gè)超低電壓電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,并給出了5V/200mA電源測試結(jié)果。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱百敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將敏感元件分46類）。

常見的種類有度：電阻式傳感器，變頻功率傳感器，稱重傳感器，電阻應(yīng)變式，壓阻式傳感器，熱電阻傳感器，激光傳感器，霍爾傳感器，溫度傳感器，智能傳問感器等。

作用：

在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中，我們要獲取其中的信息，則需傳感器。傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或狀態(tài)，答并使產(chǎn)品達(dá)到的質(zhì)量。壓阻式傳感器又稱為擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器，被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。

TD傳感器是什么

人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺。而單靠人們自身的感覺，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。

為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到的質(zhì)量。有各種類型的集成式IC傳感器，不過四種常見的集成式IC傳感器當(dāng)屬模擬輸出器件、數(shù)字接口器件、遠(yuǎn)程溫度傳感器以及那些具有溫控器功能的集成式IC傳感器(溫度開關(guān))。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。 

在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、磁場、超弱磁場等等。壓電式壓力傳感器的種類和型號(hào)繁多，按彈元件和受力機(jī)構(gòu)的形式可分為膜片式和活塞式兩類。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。