【摘 要】
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岩质边坡灾害作为地质灾害中常见的灾害类型,需要对其做出科学合理的监测,及时预警灾害的发生。利用传统外表监测手段很难捕捉岩体力学性质不断变化、直至最终破坏的全过程。因此,需要对边坡岩体压力或应力变化情况进行长期监测。微机电系统（Microelectromechanical Systems,MEMS）是利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、微执行器、控制处理等电路制造于一体的微型集成系统
【基金项目】
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国家创新研究群体科学基金（西部地区重大地质灾害潜在隐患早期识别与监测预警41521002）； 地质灾害防治国家重点实验室自由探索课题（岩石应力MEMS传感器设计与实验研究SKLGP2019Z012）；
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岩质边坡灾害作为地质灾害中常见的灾害类型,需要对其做出科学合理的监测,及时预警灾害的发生。利用传统外表监测手段很难捕捉岩体力学性质不断变化、直至最终破坏的全过程。因此,需要对边坡岩体压力或应力变化情况进行长期监测。微机电系统（Microelectromechanical Systems,MEMS）是利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、微执行器、控制处理等电路制造于一体的微型集成系统,利用MEMS技术制作的传感器可以做到微型化、低成本。本文针对岩石崩塌监测存在的问题,结合MEMS压力传感器的技术,主要研究两方面内容:（1）针对岩石破裂压力较大等问题,开展高压、大量程MEMS压力传感器的设计仿真研究,设计其制作工艺流程。（2）针对岩石内部应力监测的问题,研制实现拉压应力测量的力学传导装置,同时要考虑岩体内部MEMS传感器的缓冲保护设计。从研究工作开展到完成,本文主要取得了三方面的成果:（1）基于MEMS的十字架双腔块状全硅结构（Cross-beam and Dual-cavity all-Si Bulk,CCSB）高压压力传感器的设计与仿真。在块状全硅式压力传感器基础上,提出了一种新型的CCSB结构MEMS压阻式压力传感器,完成了传感器的设计和仿真;通过与其它传感器的性能对比,突出了CCSB结构压力传感器的优势;设计了CCSB结构MEMS压力传感器的工艺流程,并通过L-Edit对各工艺版图进行了设计。（2）岩石力学传导装置的研制。结合岩体应力监测的场景设计并制作了一种力学传导装置,可以把岩体内部拉、压应力传导给传感器芯体,实现岩体内部应力的监测;设计了传感器信号调理电路,实现了拉、压力的测量。（3）搭建了岩石应力监测模拟实验装置。设计了物理模拟实验装置,对岩石应力MEMS传感装置进行了应力监测模拟实验,测试了岩体应力微机电系统传感装置的可行性。本文的主要创新点:（1）提出了CCSB结构的MEMS压阻式压力传感器,对比块状全硅式结构和硅-玻璃结构传感器,在高压的情况下提升了传感器的灵敏度、线性度和抗过载能力,可满足高压下的岩石应变监测需要。（2）研制了一种岩石内部应力传导装置,相比土压力盒等传感器（单测压力）可以实现岩体内部拉、压应力的测量。同时,设计的液压传导间接测量岩石应力装置可以对MEMS压力传感器提供缓冲保护。
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