地下变形三维观测的传感方法、集成传感器及仪器研究

本项目研究可用于对地下变形状态进行三维观测的测量传感方法和集成式传感器及测量仪器，实现对地下变化的全真测量。提出一种基于电磁、重力、地磁效应，同时测出线圈间互感、线圈间夹角、线圈变化方向、线圈固定点间距离的集成式传感器，并构成集成式传感器串，建立测量模型，从而实现地下变形的三维测量，与地面GPS空间测量结合测出与空间坐标统一的地下变形坐标。本项目主要研究：?运用电磁理论结合实验，研究传感器线圈的结构和匝数，以获得较佳的互感效果；?基于重力测量技术和地磁测量技术，实现传感器线圈倾斜角和移动方向的测量；?研究一种特殊螺旋平行传输线测拉伸长度的测量方法；?研究各测量单元与传感线圈的集成与构成，形成传感器与传感器串，建立三维测量模型；?研制以GPS测点为参考坐标的地下变形三维测量仪器系统。本项目研究实现的地下变形三维测量仪器是地震、地质、矿山等科学和技术领域都需要的科学技术装备。

人类在地表以上的三维测量已经可以随心所欲，然而对于地表以下三维测量尚无相应的仪器，尤其对于地壳深部变形的三维测量，这是研究地壳运动与地震发生之间的规律的重要观测内容，本项目就是为实现地壳板块挤压时对其的第四纪覆盖层变形进行三维测量。本项目通过研究可用于对地下变形状态进行三维观测的测量传感方法和集成式传感器及测量仪器，结果实现了对地下变化的三维测量。项目主要研究内容有：(1)运用电磁理论结合实验，研究传感器线圈的结构和匝数，以获得较佳的互感效果；(2)基于重力测量技术和地磁测量技术，实现传感器线圈倾斜角和移动方向的测量；(3)研究一种特殊螺旋平行传输线测拉伸长度的测量方法；(4)研究各测量单元与传感线圈的集成与构成，形成传感器与传感器串，建立三维测量模型；(5)研制以GPS 测点为参考坐标的地下变形三维测量仪器系统。在各研究结果的基础上，项目集基于电磁、重力、地磁效应、平行传输线等物理效应的测量线圈、MEMS器件和电路形成了集成传感器，并用集成传感器组成传感器串，再由集成传感器串、信号集中处理器和通讯软件、上位机人机界面软件，形成地下变形三维测量仪器系统。研究成果为观测地壳运动时板块中的第四纪覆盖层挤压变形的状态提供测量工具做好了准备，在进一步的制造工艺、安装工程装备研制的基础上，能实现实用的地下变形三维测量仪器。同时，运用项目成果已研发成功地下变形测量仪器，已用于岩土地质环境监测和地质灾害预警监测，与其他监测仪器一起构成的监测仪器系统获中国计量测试学会科学技术进步奖一等奖（已公示）、中国仪器仪表学会科技创新奖、中国机械工业科学技术奖二等奖。项目的学术成果：发表学术论文13篇，其中SCI检索收录3篇、EI检索收录5篇；申请中国发明专利5项、美国和欧洲各1项，授权中国发明专利2项；参加国际会议为4人次。项目培养毕业博士2名、硕士5名（其中毕业硕士3名）。本项目的成果至少有2点科学意义：(1)将为地震科学家探索地壳板块挤压与地震发生的规律，提供了探测地球板块中第四季覆盖层变形三维测量的仪器装备；(2)在仪器科学、计量测试科学领域提出了一种新型测量传感技术和仪器形成的方式。