[发明专利]基于霍尔和磁阻效应的地下位移三维测量方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于霍尔和磁阻效应的地下位移三维测量方法及装置。集成式传感器由多个圆柱体测量单元通过电源线和通讯线串接而成，各单元均内嵌四块面板。四块面板依次分别由三个呈等边三角形分布的霍尔效应传感器组成的传感器阵列、基于磁阻效应的双轴磁传感器及测量电路、屏蔽层和圆柱形永久磁钢。将集成式传感器直插入岩土体中，其输出信号由信息处理单元采集并处理。利用测地磁的双轴磁传感器测量出坐标轴的方位角；利用霍尔传感器阵列测量出磁钢的三维坐标值；土层变形使得相邻测量单元发生相对位移，测量磁钢新的三维坐标值。三个值通过几何运算完成相邻测量单元的相对位移测量，完成整个岩土体从地下到地表面的变形的三维测量。

主权项

一种基于霍尔和磁阻效应的地下位移三维测量方法，其特征在于：集成式传感器由多个圆柱体测量单元通过电源线和通讯线串接而成，相邻单元的上、下表面互相平行，每个单元均内嵌面板S1、S2、S3和S4；第一块面板S1上是由三个呈等边三角形分布的霍尔效应传感器组成的传感器阵列；第二块面板S2上是一片基于磁阻效应的双轴磁传感器及测量电路；第三块面板S3是屏蔽层；第四块面板S4上是一个圆柱形永久磁钢；将集成式传感器直插入岩土体中；圆柱形永久磁钢周围的磁场关于其中轴线对称分布；霍尔传感器测量沿磁钢中轴线方向的磁感应强度分量，进行坐标转换得到该分量在磁钢周围的磁感应强度相同等值面面簇分布；等值面形似抛物面，磁钢沿着等值面运动时霍尔传感器的输出值不变；对于每一对上下两个圆柱体测量单元，在上面的测量单元下端的磁钢所产生的磁场作用下，下面的测量单元上端的呈等边三角形分布的三个霍尔传感器输出三个电压值，得到三个等值面；三个等值面在空间中相交于一点，该点坐标值就是磁钢的三维坐标；岩土体变形会改变上下两个圆柱体测量单元之间的相对位置；在得到磁钢新的三维坐标之后，通过几何运算得出三维位移的大小；在一个测量单元中基于磁阻效应的双轴磁传感器的Y axis轴、X axis轴分别与系统坐标系的Y轴、X轴平行；分别测得空间中地磁场沿Y axis轴和X axis轴的磁场强度分量，得出两个圆柱体测量单元相对变形的方位角；结合上面的位移大小测量，完成相邻测量单元的相对位移测量，其他单元同理，由此完成整个岩土体从地下到地表的变形的三维测量。