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霍尔开关的地下变形监测仪器系统中的应用

返回列表 来源:华芯霍尔元件 浏览:0 发布日期:2020-08-04 08:16:59【

针对滑坡地质灾害、矿山尾矿坝垮塌、公路铁路边坡坍塌、建筑基坑坍塌等类型的岩土灾变,可通过监测下变形测量产品是测斜管测量仪,该测量仪至少有三大缺陷:

①不能实现实时测量;

②当岩土体的分层运动使得测斜管成S形时,测斜探头无法放人测斜管;

③测斜管是带有引导测斜探头导槽的厚度为3 mm的工程塑料管或铝管,相对软土是较坚硬的管子,因此测出的软土移动量会小于实际软土的移动量。为了改变和消除现有地下变形测量的测斜管测量仪的缺陷,改进地下变形测量仪和方法很有必要。

集成测斜和霍尔效应的集成传感器

地下变形(位移)测量集成传感器单元包含MCU、测斜MEMS( Micr-Electro-Mechanical System)芯片,霍尔开关、磁场发生线圈、MCU可控制磁场发生电路、A/D转换电路485总线驱动电路,如图1所示。MCU读取测斜集成电路和霍尔元件的输出电压,并通过485总线传给地面的地下变形(位移)测量集中处理装置;在地面的地下变形(位移)测量集中处理装置,通过485总线发送指令,使上下相邻的集成传感器两两依次受控制,实现从地下深部到地面的岩土变形(位移)测量。

由集成传感器组成集成传感器串,集成传感器串中两两紧连的集成传感器间的夹角和间距由测斜和测磁实现,集成传感器串的外皮是柔软的热缩管,当地下岩土运动时,集成传感器串可以随着岩土任意地运动,而测出的两两集成传感器间的夹角和间距反映出地下岩土体的变形。

由现场PC机(可根据需要设定)、地下变形(位移)测量集中处理装置地下变形(位移)测量集成传感器串、天线、处在远方的PC机以及相应的各类软件,组成图2的虚线框内所示的岩土地下变形(位移)测量仪器系统,。从下而上依次是由1~m个结构相同的由测磁和测斜的地下变形(位移)测量集成传感器单元通过485总线串接而成,其中第m个地下变形(位移)测量集成传感器单元与地下变形(位移)测量集中处理装置A通过485总线连接,且至少1号集成传感器必须放人稳定的基岩层,整个由集成传感器构成的测量串封装在厚度仅1mm的热缩软橡塑管内。

从1号到m号地下变形(位移)测量集成传感器的具体测量过程为:地下变形(位移)测量集中处理装置通过485总线发指令让2号集成传感器中的MCU执行磁场发生和测斜,让1号集成传感器的MCU执行测斜和测磁,1号集成传感器将读出的MEMS测斜电压和测磁霍尔电压经485总线发给地下变形(位移)测量集中处理装置。

2号集成传感器将读理装置中的MCU根据得到的1号集成传感器和2号集成传感器的测斜电压算出两个集成传感器的轴线夹角和1、2号集成传感器各自相对于重力垂线的倾斜值,再根据基于集成传感器的夹角θ,霍尔测磁电压值u和两个集成传感器间相对水平位移值x三者间的测量模型得出两个集成传感器间的相对水平位移,这样量模型得出两个集成传感器间的相对水平位移,这样成传感器两两间的相对水平位移和12号集成传感器的各自倾斜角;依次类推,地下变形(位移)测量集中处理装置再控制2、3号集成传感器进行测量,得出2、3号集成传感器两两间的相对水平位移和各自的倾斜值,再接着对3、4号集成传感器进行控制测量,直至完成对(m-1)、m号集成传感器的控制测量,最终获得从稳定基岩到地面整条集成传感器串的变形数据:依次两两集成传感器间的相对位移和各自的倾斜角。

集成传感器串的测量结果既可就近传给PC机,也可通过地下变形(位移)测量集中处理装置中的GPRS通信模块,经移动通信电话网和Intermet宽带网发送到处在远方的PC机。

应用本文设计的集成传感器串,放人岩土体中,当岩土体发生变形时可知,上下相邻的两个集成传感器间发生变形的物理表征是集成传感器间相对水平位移和集成传感器轴线夹角发生变化。

集成传感器轴线夹角变化的测量原理:通过各自集成传感器中的测斜MEMS芯片,测出各自集成传感器相对于地球垂线的倾斜角,将上下相邻的两个集成传感器轴线的夹角θ。

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