

深圳市瑞泰威科技有限公司
主營產品: 磁簧開關
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地下位移監測是地質災害預測、巖土工程項目質量安全評價的重要手段及研究熱點。它可以深入巖土體內部進行地下不同深度水平位移、沉降、傾斜方向等地質參數的動態監測,因此能準確檢測地下位移形變信息,確定滑移面和變形范圍,進而研究變形機制、成災現狀、發展趨勢及防災預報。

監測上的不可見和復雜性導致地下位移監測技術發展緩慢,存在精度差、成本高、非自動化或難于準確計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無線網絡的地下位移自動測量及遠程監控方法,設計了水平型(Ⅰ型)和水平-垂直復合型(Ⅱ型)兩款電磁式地下位移傳感器。針對這兩款傳感器進行了地下位移測量方法及相關理論的深入研究工作。綜合考慮影響Ⅰ、Ⅱ型傳感器傳感特性的各種因素及相關參數,提出了三個具有較高計算精度且適合硬件實現的測量理論模型。
TMR/超導復合式磁傳感器
1995 年,由美國麻省理工學院和日本東北大學的兩個研究小組獨立發現,將兩個磁性電極層之間用極薄的絕緣層分開會產生很大的磁電阻效應(室溫下達到11%)。這種由磁性層/絕緣層/磁性層構成的結構,稱為磁性隧道結(MTJ)。在MTJ 中,中間的絕緣層很薄(幾個納米),使得可以有大量電子隧穿通過。通過隧道結的電流依賴于兩個磁性層的磁化強度矢量的相對取向。這種隧穿電流隨外磁場變化的效應被稱為隧道磁電阻(TMR)效應。隧道磁電阻效應可以由Julliere 雙電流模型解釋。假定電子在隧穿過程中自旋不發生翻轉,并且隧穿電流正比于費米面附近電子的態密度。當MTJ兩側鐵磁層處于平行排列時,左側的少子電子向右側的少子空態隧穿,左側的多子電子向右側的多子空態隧穿,MTJ 處于低阻態;當MTJ兩側鐵磁層處于反平行排列時,左側的少子電子向右側的多子空態隧穿,而左側的多子電子向右側的少子空態隧穿,MTJ 呈現高阻態。

由于貼合TMR器件與超導磁放大器的低溫膠過厚導致TMR—超導磁放大器間距過大(50 μm),使得TMR/超導復合式磁傳感器的靈敏度、探測精度較GMR/超導復合式磁傳感器、SQUID 等器件仍有明顯差距。理論計算表明,減小TMR—超導磁放大器間距將使得磁場放大倍數呈指數形式上升;若能將TMR—超導磁放大器間距降低至0.5 μm以內,磁場放大倍數可接近1000 倍。今后可通過熱壓印等技術減小TMR—超導磁放大器間距,從而提高器件的靈敏度。
壓電式壓力傳感器
壓電式壓力傳感器原理基于壓電效應。壓電效應是某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時,其內部會產生極化現象,同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后,它又會恢復到不帶電的狀態,這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時,電荷的極性也隨之改變。相反,當在電介質的極化方向上施加電場,這些電介質也會發生變形,電場去掉后,電介質的變形隨之消失,這種現象稱為逆壓電效應。
壓電式壓力傳感器的種類和型號繁多,按彈元件和受力機構的形式可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上,由膜片將被測壓力傳遞給壓電元件,再由壓電元件輸出與被測壓力成一定關系的電信號。這種傳感器的特點是體積小、動態特性好、耐高溫等。現代測量技術對傳感器的性能出越來越高的要求。

例如用壓力傳感器測量繪制內燃機示功圖,在測量中不允許用水冷卻,并要求傳感器能耐高溫和體積小。壓電材料適合于研制這種壓力傳感器。石英是一種非常好的壓電材料,壓電效應就是在它上面發現。比較有效的辦法是選擇適合高溫條件的石英晶體切割方法,例如XYδ(+20°~+30°)割型的石英晶體可耐350℃的高溫。而LiNbO3單晶的居里點高達1210℃,是制造高溫傳感器的理想壓電材料。
