[實用新型]一種矢量磁傳感器陣列

有效

• 申請號: 201520399200.9
• 申請日: 2015-06-11
• 公開（公告）號: CN204649150U
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 羅志會;徐校明;劉亞;許云麗;潘禮慶;楊先衛;魯廣鐸
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

技術領域

本實用新型涉及傳感器技術領域，具體而言涉及一種矢量磁傳感器陣列，該矢量磁傳感器陣列適用于滑坡體深層的位移監測，也可以用于其它非接觸位移測量。

背景技術

滑坡體的地下位移測量是監測滑坡體穩定性的有效手段，傳統監測方法是采用鉆孔測斜儀進行監測。該方法需要先從滑坡地表向下鉆孔至滑動面以下若干米，安裝具有滑槽的精密測斜管，然后對測斜管外部進行混凝土灌漿，使測斜管與滑坡體結合牢固，再通過在滑槽中放置測斜儀，通過測斜儀監測測斜管內壁傾斜度的變化。通常測取測斜管埋設早期的狀態曲線作為基準曲線，后續測得的曲線和基準曲線(或先期測得的曲線)比較，來獲取滑動面的位移變形及滑動面準確的高程位置。然而，這種測試方式存在如下問題：1)測斜管的施工復雜，安裝工程量大，費用高昂。測斜孔需要進行專業的地質鉆孔，鉆孔孔徑較大，深度需要跨越滑動面，且對測斜孔的內壁和線性度要求高。為了保證測量精度，安裝的測斜管多采用特種材料成型，在通過精密機械加工出滑槽，測斜管價格昂貴！2)鉆孔測斜儀的可靠性低，維護困難。單根測斜管的長度通常小于3米，對于大多數滑坡體而言，需要將多根測斜管進行銜接，而當銜接點接近復雜地況位置時，如溶洞區，很容易因灌漿不足導致局部架空，受力后產生脫節，從而導致整個測斜管廢棄。而當滑坡體變形量過大時，測斜管局部變形超量，也會阻塞測斜探頭，導致測斜管提前報廢。此外，測斜管露出地面部分需要嚴格保護，任何異物堵塞管道，都會導致測斜管廢棄。基于鉆孔測斜儀存在的問題，探索適用于滑坡體深層位移監測的新方法，具有重要的經濟價值和現實意義。

基于磁定位方法對滑坡深層位移進行監測，將探測點和標的點進行分離，采用永磁體構成標的點，將深層發生的大距離滑移轉化為局部磁場的變化，通過監測磁場的變化，進而解算出滑坡體深部的位移變化，如公示的專利申請“一種基于磁定位實現滑坡深層位移測量的在線監測方法”(申請號：201310352732.2)，能很好地規避鉆孔測斜儀的問題，具有很好地應用前景。但仿真分析和實驗研究表明，要獲得標的點mm級的位移變化，需要構建磁矢量傳感器陣列，同時探測因標的點位移引起磁場在不同探測位置上的變化，傳感器的靈敏度越高、自身位置精度越準確，可探測標的點的位移分辨率越高。因此，開發靈敏度高、位置精度準確的矢量磁傳感器陣列，是磁定位方法檢測滑坡深層位移的關鍵。目前，實用化的磁傳感器主要有磁通門傳感器、AMR磁傳感器、霍爾磁傳感器等，其中磁通門傳感器、AMR磁傳感器的靈敏度可以達到亞nT級，但需要配置復雜的信號調理和提取電路，系統體積大，價格昂貴，單套矢量磁傳感器的價格在數萬元，很難進行陣列集成。霍爾磁傳感器體積小，但靈敏度不高(亞mT級)，不易進行精確測量。2011年底，美國PNI公司推出一種基于精密磁敏電感的傳感器，其體積只有6mm*1.5mm*2mm，匹配專用驅動芯片，可實現0.1uT級的高精度測量，且成本低廉，外圍電路設計簡單，多傳感器集成方便，具有良好的應用前景。此外，基于磁定位方法進行非接觸位移測量，對矢量傳感器各分量的位置精度及正交性也有嚴格的要求。目前，PCB電路板作工藝非常成熟，焊盤加工精度已經可以達到0.01mm，因此焊接后矢量傳感器的位置精度及正交性完全取決于器件的貼裝工藝。傳統的焊接方法主要有手工焊接和SMT表面貼裝。普通的手工焊接，器件的定位誤差在mm級，X方向、Y方向、Z方向的正交性很難保證，且陣列制作質量與技術人員的素質相關，很難保證陣列的品質；SMT表面貼裝工藝是一種全自動化的電路板焊接技術，貼裝精度精度較高但價格昂貴，且需要定制專門的貼裝鋼網和上料夾具，制作工期長。盡管該技術能較好的保證器件的位置精度，但由于Z方向磁敏電感形狀特殊，貼裝時Z方向與X方向、Y方向的正交性也很難保證，這將大幅降低Z方向傳感器的測量精度。因此，探索新的電路制作方法對保證矢量磁傳感陣列的精度非常關鍵，但目前尚未檢索到涉及高靈敏度矢量磁傳感器陣列制作的具體方法。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種矢量磁傳感器陣列，該陣列采用精密磁敏電感作為傳感單元，通過特定的制作方法，構建矢量磁傳感器陣列。該傳感器陣列具有位移測量精度高、體積小、功耗低、靈敏度高、價格便宜等優點，制作方法設計巧妙。

為解決上述技術問題，本實用新型采取的技術方案為：