[实用新型]一种矢量磁传感器阵列

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体而言涉及一种矢量磁传感器阵列，该矢量磁传感器阵列适用于滑坡体深层的位移监测，也可以用于其它非接触位移测量。

背景技术

滑坡体的地下位移测量是监测滑坡体稳定性的有效手段，传统监测方法是采用钻孔测斜仪进行监测。该方法需要先从滑坡地表向下钻孔至滑动面以下若干米，安装具有滑槽的精密测斜管，然后对测斜管外部进行混凝土灌浆，使测斜管与滑坡体结合牢固，再通过在滑槽中放置测斜仪，通过测斜仪监测测斜管内壁倾斜度的变化。通常测取测斜管埋设早期的状态曲线作为基准曲线，后续测得的曲线和基准曲线(或先期测得的曲线)比较，来获取滑动面的位移变形及滑动面准确的高程位置。然而，这种测试方式存在如下问题：1)测斜管的施工复杂，安装工程量大，费用高昂。测斜孔需要进行专业的地质钻孔，钻孔孔径较大，深度需要跨越滑动面，且对测斜孔的内壁和线性度要求高。为了保证测量精度，安装的测斜管多采用特种材料成型，在通过精密机械加工出滑槽，测斜管价格昂贵！2)钻孔测斜仪的可靠性低，维护困难。单根测斜管的长度通常小于3米，对于大多数滑坡体而言，需要将多根测斜管进行衔接，而当衔接点接近复杂地况位置时，如溶洞区，很容易因灌浆不足导致局部架空，受力后产生脱节，从而导致整个测斜管废弃。而当滑坡体变形量过大时，测斜管局部变形超量，也会阻塞测斜探头，导致测斜管提前报废。此外，测斜管露出地面部分需要严格保护，任何异物堵塞管道，都会导致测斜管废弃。基于钻孔测斜仪存在的问题，探索适用于滑坡体深层位移监测的新方法，具有重要的经济价值和现实意义。

基于磁定位方法对滑坡深层位移进行监测，将探测点和标的点进行分离，采用永磁体构成标的点，将深层发生的大距离滑移转化为局部磁场的变化，通过监测磁场的变化，进而解算出滑坡体深部的位移变化，如公示的专利申请“一种基于磁定位实现滑坡深层位移测量的在线监测方法”(申请号：201310352732.2)，能很好地规避钻孔测斜仪的问题，具有很好地应用前景。但仿真分析和实验研究表明，要获得标的点mm级的位移变化，需要构建磁矢量传感器阵列，同时探测因标的点位移引起磁场在不同探测位置上的变化，传感器的灵敏度越高、自身位置精度越准确，可探测标的点的位移分辨率越高。因此，开发灵敏度高、位置精度准确的矢量磁传感器阵列，是磁定位方法检测滑坡深层位移的关键。目前，实用化的磁传感器主要有磁通门传感器、AMR磁传感器、霍尔磁传感器等，其中磁通门传感器、AMR磁传感器的灵敏度可以达到亚nT级，但需要配置复杂的信号调理和提取电路，系统体积大，价格昂贵，单套矢量磁传感器的价格在数万元，很难进行阵列集成。霍尔磁传感器体积小，但灵敏度不高(亚mT级)，不易进行精确测量。2011年底，美国PNI公司推出一种基于精密磁敏电感的传感器，其体积只有6mm*1.5mm*2mm，匹配专用驱动芯片，可实现0.1uT级的高精度测量，且成本低廉，外围电路设计简单，多传感器集成方便，具有良好的应用前景。此外，基于磁定位方法进行非接触位移测量，对矢量传感器各分量的位置精度及正交性也有严格的要求。目前，PCB电路板作工艺非常成熟，焊盘加工精度已经可以达到0.01mm，因此焊接后矢量传感器的位置精度及正交性完全取决于器件的贴装工艺。传统的焊接方法主要有手工焊接和SMT表面贴装。普通的手工焊接，器件的定位误差在mm级，X方向、Y方向、Z方向的正交性很难保证，且阵列制作质量与技术人员的素质相关，很难保证阵列的品质；SMT表面贴装工艺是一种全自动化的电路板焊接技术，贴装精度精度较高但价格昂贵，且需要定制专门的贴装钢网和上料夹具，制作工期长。尽管该技术能较好的保证器件的位置精度，但由于Z方向磁敏电感形状特殊，贴装时Z方向与X方向、Y方向的正交性也很难保证，这将大幅降低Z方向传感器的测量精度。因此，探索新的电路制作方法对保证矢量磁传感阵列的精度非常关键，但目前尚未检索到涉及高灵敏度矢量磁传感器阵列制作的具体方法。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种矢量磁传感器阵列，该阵列采用精密磁敏电感作为传感单元，通过特定的制作方法，构建矢量磁传感器阵列。该传感器阵列具有位移测量精度高、体积小、功耗低、灵敏度高、价格便宜等优点，制作方法设计巧妙。

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案为：