一种具有液态金属天线的三向应力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有液态金属天线的三向应力传感器，它包括有盒体（1），盒体（1）为方形六面体，其中有共顶点的三个面为受力面（2），在每个受力面（2）与其相对面之间各夹装有两个有机聚合物圆柱体（3），有机聚合物圆柱体（3）上具有螺旋形微流道（5），螺旋形微流道（5）内充满液态金属，螺旋形微流道（5）内的液态金属通过连接的同轴馈线（4）馈电。本发明专利技术在三向受力的情况下，有机聚合物圆柱体（3）中螺旋形微流道（5）的变形，使装置频率发生变化，通过天线频率接收装置测得土体或岩体的压力，实现远程监测及测量土体或岩体的压力情况。本发明专利技术的优点是：能够实时远程监测三向压力，提高了检测的准确性、可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩土工程压力测试
，具体涉及一种具有液态金属天线的三向应力传感器。
技术介绍
土木工程中岩土体或混凝土体的三维应力测试是工程中的一项基础性工作，是对工程安全设计及评价的基础。尤其是能够准确测出三向应力状态并实现实时远程监测，对于土木工程、水利工程、交通工程等基础设施项目具有基础性的重要作用。目前，土木工程应力测试领域中现有的压力测试装置大多数只能测试一个方向的压力，只有少数压力测试装置能够测试三向应力状态，中国专利文献CN102620870A、CN104075944A公开了几种三向应力传感器，各有特色。但综合比较后发现，现有的三向应力传感器存在几个问题：1、现有的三向应力传感器主要都是基于传感式或振弦式土盒体，该类测试装置精度不够高，易受电磁干扰，量程不够大，长期稳定性较差；2、现有的三向应力传感器都是有线传递测试数据，测试深度不够深，不能远程测试；3、现有的三向应力传感器都不能长期、实时远程监测。中国专利文献CN104037495A于2014年9月10日公开了一种用于滑坡监测的L型液态金属天线，它包括有弹性壳体、L型空心管、微型泵和馈电同轴线以及接地片，弹性壳体内部装满液态金属，L型空心管设置在弹性壳体顶部侧边，并连通弹性壳体内部，L型空心管向上延伸，L型空心管顶端安装微型泵，从L型空心管内部位于液态金属溢流口处有馈电同轴线引出，溢流口处的液态金属与接地片电连接。该专利能够进行实时的远程监测滑坡的状态变化，但是，该装置存在以下问题：1)、该专利只能测试一个方向压力，不能测试三向压力；2)、由于L型空心管顶端安装微型泵，该微型泵用于对L型空心管抽空气，以维持L型空心管气压平衡，因为L型空心管内的气压值无法检测并保持恒定，导致与气压值相关的液态金属流动受到微型泵控制，所以L型空心管的液态金属长短不能真实反映弹性壳体的受力变形，导致滑坡位移变形的监测错误；3)、L型空心管设置在弹性壳体顶部侧边，细长的L型空心管强度较低，在与弹性壳体连接处的强度很薄弱，在实际使用中容易折断和损坏。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种具有液态金属天线的三向应力传感器，它能够实时、远程监测三向压力，并能提高检测的准确性，可靠性。本专利技术所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有盒体，盒体为方形六面体，其中有共顶点的三个面为受力面，在每个受力面与其相对面之间各夹装有两个有机聚合物圆柱体，有机聚合物圆柱体上具有螺旋形微流道，螺旋形微流道内充满液态金属，螺旋形微流道内的液态金属通过连接的同轴馈线馈电。微流道内的液态金属构成液态金属天线。两个有机聚合物圆柱体上的液态金属天线同时接入同轴馈线进行馈电，形成天线中的对称振子。本专利技术的工作原理是：将本专利技术埋设于岩体中或土中后，盒体三个受力面开始受到挤压，盒体的受力面受到压力作用，并产生形变。受力面受到的应变传递给两个可压缩的有机聚合物圆柱体，有机聚合物圆柱体被压缩，导致有机聚合物圆柱体内的螺旋形微流道产生纵向及横向变形。通过同轴馈线馈电后的液态金属在变形后，接收装置接收的频率在发生变化。通过接收装置接收到频率的变化从而推算出装置受到的土压力，盒体外壳所受力F与变形量ΔL成正比，关系式如下：F＝KΔL式中，K为盒体的弹性系数，ΔL＝l1-l2，l1为压力作用前的液态金属天线长度；l2为压力作用后的液态金属天线长度。依据“基于液态金属的频率可重构天线研究与设计”，夏林艳，重庆邮电大学硕士学位论文，第34页公式(3.5)，记载了液态金属天线的频率与天线长度的关系：液态金属天线的频率f与液态金属的长度l成反比例关系，其中c是光速，a是l与波长间的关系系数，εp是有机聚合物介电常数。由此，依据f-l-ΔL-F的相互关系能够测得待测岩体或土体的三向应力状态。本专利技术在三向受力的情况下，有机聚合物圆柱体中液态金属螺旋形微流道的变形，使液态金属天线频率发生变化，通过天线频率接收装置测得土体或岩体的压力，实现远程监测及测量土体或岩体的压力情况。由于岩土压力通过盒体面板直接作用在有机聚合物圆柱体上，引起螺旋形微流道内的液态金属长度发生变化，避免了L型液态金属天线的微型泵抽出管道空气所引起的液态金属流动变形，液态金属天线的变化能真实反映盒体受力变形，提高了检测的准确性。另外，充满液态金属的螺旋形微流道开设在聚合物圆柱体的柱面上，液态金属天线依附在聚合物圆柱体上，且安装在盒体内，其强度为盒体整体的强度，提高了检测的可靠性。与现有技术相比，本专利技术的优点是：能够实时远程监测三向压力，提高了检测的准确性、可靠性。附图说明本专利技术的附图说明如下：图1为本专利技术的外形结构示意图；图2为本专利技术的内部结构示意图；图3为本专利技术的有机聚合物圆柱体的结构示意图；图4为本专利技术的金属丝螺旋柱模具的外形结构示意图；图5为本专利技术的频率测定的电路原理框图；图6为应用两个本专利技术对应的坐标图。图中：1.盒体；2.受力面；3.有机聚合物圆柱体；4.同轴馈线；5.螺旋形微流道；6.金属丝螺旋柱模具；7.有机弹性薄膜。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：如图1和图2所示，本专利技术包括有盒体1，盒体1为方形六面体，其中有共顶点的三个面为受力面2，在每个受力面2与其相对面之间各夹装有两个有机聚合物圆柱体3，有机聚合物圆柱体3上具有螺旋形微流道5，螺旋形微流道5内充满液态金属，螺旋形微流道5内的液态金属通过连接的同轴馈线4馈电。液态金属选用3:1的镓铟合金，盒体内部填充硅胶。盒体受力面为可变形的钢膜、非受力面为不变形的钢板。每个螺旋形微流道5内接入同轴馈线4，从盒体1顶点穿出。本实例中，每相邻的三个有机聚合物圆柱体3上的同轴馈线4从相邻顶点穿出。外部电路通过接入的同轴馈线4给液态液态金属馈电，使每对螺旋形微流道5内的液态金属构成相应的天线，辐射出电磁波。如图3所示，有机聚合物圆柱体3上设有螺旋形微流道5。有机聚合物圆柱体3的制作过程如下：(1)如图4所示，制备金属丝螺旋柱模具6，并制备一个圆柱形的空心模具；(2)将金属丝螺旋柱模具放入圆柱形的空心模具内，并将金属丝螺旋柱模具紧贴空心模具内壁粘接固定，在金属丝螺旋柱模具和空心模具内壁涂上脱模剂，然后填充胶状有机聚合物溶液，待有机聚合物固化后，按螺旋方向旋转取出有机聚合物圆柱体，有机聚合物圆柱体的柱面上得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有液态金属天线的三向应力传感器，其特征是：包括有盒体（1），盒体（1）为方形六面体，其中有共顶点的三个面为受力面（2），在每个受力面（2）与其相对面之间各夹装有两个有机聚合物圆柱体（3），有机聚合物圆柱体（3）上具有螺旋形微流道（5），螺旋形微流道（5）内充满液态金属，螺旋形微流道（5）内的液态金属通过连接的同轴馈线4馈电。

【技术特征摘要】
1.一种具有液态金属天线的三向应力传感器，其特征是：包括有盒体（1），盒体（1）为方形六面体，其中有共顶点的三个面为受力面（2），在每个受力面（2）与其相对面之间各夹装有两个有机聚合物圆柱体（3），有机聚合物圆柱体（3）上具有螺旋形...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小平，程浩，肖睿胤，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50