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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。其中基于磁电阻效应的传感器因其具备高灵敏度、功耗低、体积小、加工技术成熟等优点正在越来越大规模的使用。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。先简要介绍了霍尔效应的基本原理，霍尔元件和霍尔集成电路的发展过程和近况。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。

IC传感器

IC 传感器可在-55°C至 150°C的温度范围内工作 -- 精选的几种IC传感器工作温度可高达 200°C。有各种类型的集成式IC传感器，不过四种常见的集成式IC传感器当属模拟输出器件、数字接口器件、远 程温度传感器以及那些具有温控器功能的集成式IC传感器(温度开关)。光电式传感器具有非接触、响应快、***等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。模拟输出器件(一般是电压输出，但有些也具有电流输出)在其需要ADC来对输出信号 进行数字化处理时像无源解决方案。数字接口器件常使用两线接口(I2C或PMBus)，并具有内置的ADC。

除了也包括一个局部温度传感器外，远程温度传感器还具有一路或多路输入以便监测远程二极管温度 -- 它们常被置于高度集成的数字IC(例如，处理器或现场可编程门阵列【FPGA】)中。当达到温度阈值时，温控器可提供简单的警报。

使用IC传感器有许多好处，包括:功耗低;可提供小型封装产品(有些尺寸小到0.8mm×0.8mm);还可在某些应用中实现低器件成本。此外，由于IC传 感器在生产测试过程中都经过校准，因此没有必要进一步校准。同时这类传感器又具有体积小、结构简单、工艺成熟、便于大规模生产等优势，使其在未来发展潜力巨大。它们通常用于健身跟踪应用、可佩戴式产品、计算系统、数据记录器和汽车应用。

生物传感器

生物传感器是利用生物或生物物质做成的、用以检测与识别生物体内的化学成分的传感器。接近传感器是利用振动器发生的一个交变磁场，当金属目标接近这磁场并达到感应距离时，在金属目标内发生涡流，因此导致振动衰减，以至接近传感器的振动器停振。生物或生物物质是指酶、微生物、等，被侧物质经扩散作用进人生物敏感膜，发生生物学反应(物理、化学反应)，通过变换器将其转换成可定量、可传输、处理的电信号.按照所用生物活性物质的不同，生物传感器包括酶传感器、微生物传感器、传感器、生物组织传感器等。

酶传感器具有灵敏度高、选择性好等优点，目前已实用化的商品达200种以上，但由于酶的提炼工序复杂，因而造价高，也不太稳定。微生物传感器与酶传感器相比，价格便宜，性能稳定，它的缺点是响应时间较长(数分钟)，选择性差，目前微生物传感器已成功应用于环境监测和医学中，如测定水污染程度、诊断和搪尿病等。传感器的基本原理是反应，目前已研制成功的传感器达儿十种以上。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。生物组织传感器制作简便，工作寿命长，在许多情况下可取代酶传感器，但在实用化中还存在选择性差、动植物材料不易保存等问题。目前生物传感器的开发与应用正向着多功能化、集成化的方向发展。半导体生物传感器是将半导体技术与生物技术相结合的产物，为生物传感器的多功能化、小型化、微型化提供了重要的途径。