【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超重力，具体是一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置。
技术介绍
1、目前，超重力模型试验逐渐应用于强化多相流传递及反应过程的新技术中。由于它的广泛适用性以及具有传统设备所不具有的缩尺特点，使得超重力技术在岩土、环保、材料生物化工等工业领域中有广阔的商业化应用前景。超重力模型试验可以缩小尺寸，缩短研究时间，因此被视为一种“革命性的工程工具”。
2、超重力技术具有典型的缩尺效应，常规的传感器件由于缩尺效应的存在，导致在超重力场的环境下尺寸会被放大若干倍，因此急需研发微小且精密的传感器件。
3、在超重力岩土模型试验中，温度作为重要的监测数据，采用温度传感器进行温度采集，由于现有温度传感器的线缆不可避免的需要布置在超重力岩土模型的内部，而线缆在岩土超重力环境中由于受到了缩尺效应，进而造成线缆对岩土本身产生了加固的作用，进而造成了对岩土土体本身结构产生了损伤，造成了超重力岩土模型本构关系产生了破坏，造成离心模型实验的失败。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，无需布设线缆，采用形状记忆温致收缩材料带动柔性光子晶体发生形变，形变使得柔性光子晶体的衍射颜色发生变化，通过色彩即可准确掌握超重力模型内部的温度情况。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，包括有温度敏感机构、导热拉伸机构和发光可视机构；
4、所述的温度敏感机构包括有
5、所述的导热拉伸机构包括有隔热导管和柔性拉伸带，所述的隔热导管的一端与导热壳体一体化连接且两者相互连通，柔性拉伸带设置于隔热导管内，柔性拉伸带的其中一端与形状记忆温致收缩材料固定连接；
6、所述的发光可视机构包括有隔热壳体、多个推力柱和柔性光子晶体，隔热导管的另一端与隔热壳体一体化连接且两者相互连通，柔性光子晶体竖直设置于隔热壳体内且底面固定连接于隔热壳体的底面上，柔性光子晶体的内表面与柔性拉伸带的另一端固定连接，柔性光子晶体的外表面朝向隔热壳体，隔热壳体相对于柔性光子晶体外表面的部分为无色透明结构；隔热壳体内水平设置有多个推力柱，每个推力柱的外端均固定于隔热壳体上，多个推力柱的内端均水平朝向柔性光子晶体的内表面且沿柔性光子晶体的水平轴向均匀分布；
7、当温度变化，使得形状记忆温致收缩材料缩小，形状记忆温致收缩材料通过柔性拉伸带拉动柔性光子晶体，由于柔性光子晶体的底面固定于隔热壳体上，柔性光子晶体向柔性拉伸带方向倾斜，由于多个推力杆的限位作用，柔性光子晶体与推力杆接触限位的部分其外表面呈现凸起结构、未与推力杆接触限位的部分其外表面呈现凹陷结构，使得柔性光子晶体内部的晶格间距发生改变，使得柔性光子晶体的衍射波长发生改变，从而呈现出变色现象。
8、所述的导热壳体的内腔为圆形腔体，所述的形状记忆温致收缩材料为圆形板状结构，导热壳体的圆环形内壁上固定有一圈定位柱，形状记忆温致收缩材料设置于导热壳体内且与导热壳体导热接触，一圈定位柱均匀分布于形状记忆温致收缩材料的外周，每个定位柱均通过对应的弹性限位带与形状记忆温致收缩材料固定连接，使得形状记忆温致收缩材料定位于导热壳体内。
9、所述的形状记忆温致收缩材料是由形状记忆合金或碳纳米管/液晶弹性体制成。
10、所述的隔热导管内且沿隔热导管的轴向设置有一排限位导板，所述的柔性拉伸带依次穿过一排限位导板，从而限制柔性拉伸带在隔热导管内的径向位置。
11、所述的一排限位导板沿隔热导管的轴向相互平行设置，相邻两个限位导板中，其中一个限位导板的顶端与隔热导管固定连接、其底端与隔热导管之间留有导向间隙，另一个限位导板的底端与隔热导管固定连接、其顶端与隔热导管之间留有导向间隙，所述的柔性拉伸带依次穿过每个限位导板和隔热导管之间的导向间隙，使得柔性拉伸带在隔热导管内形成蛇形弯折传导结构。
12、所述的柔性拉伸带选用耐高温隔热带。
13、所述的隔热壳体内的底面上固定设置有一排支撑块，柔性光子晶体的底面固定连接于一排支撑块上。
14、所述的导热壳体内邻近隔热导管的位置和隔热壳体内邻近隔热导管的位置均设置有两个竖直设置的限位柱，柔性拉伸带的两端分别穿过对应的两个限位柱之间后与形状记忆温致收缩材料、柔性光子晶体固定连接。
15、所述的柔性光子晶体包括有竖直设置的柔性聚合物衬底，柔性聚合物衬底的外表面上设置于微结构阵列，微结构阵列内部封装有光子晶体，柔性聚合物衬底的底面固定连接于隔热壳体的底面上，柔性聚合物衬底的内表面与柔性拉伸带的另一端固定连接。
16、所述的柔性光子晶体的衍射波长λ与晶格间距d的关系具体见下式(1)：
17、
18、式(1)中，k4为柔性光子晶体弯折条件下的晶格调节系数；k1为柔性聚合物衬底的接触面积折减系数；k5为环境温度系数；nagv为柔性光子晶体的平均有效透光指数；θ为入射角度，为定值；m为衍射级数；k3柔性聚合物衬底的分型几何调节系数。
19、所述的晶格调节系数k4与应变σ之间为正相关线性关系，应变σ的计算公式见下式(2)：
20、σ＝ε×k1×k2×δt (2)；
21、式(2)中，ε为光子晶体的热膨胀系数；k1为柔性聚合物衬底的接触面积折减系数；k2为柔性聚合物衬底的弯曲折减系数；δt为环境温差。
22、本专利技术的优点：
23、(1)、本专利技术并不通过温度传感器采集并传输温度信息，即避免了线缆于模型土体中的布设，采用形状记忆温致收缩材料带动柔性光子晶体发生形变，形变使得柔性光子晶体的衍射颜色发生变化，温度和对应的色彩在温度采集前即进行过计算标定，通过色彩即可准确掌握超重力模型内部的温度情况，温度显示直观准确。
24、(2)、本专利技术温度敏感机构内的形状记忆温致收缩材料是由形状记忆合金或碳纳米管/液晶弹性体(cnt-lces材质)制成的形状记忆温致收缩材料，具有温度复原、形变恢复的特点，使得本专利技术可反复使用，实现不同温度的采集显示。
25、(3)、本专利技术温度敏感机构内设置有用于形状记忆温致收缩材料定位的定位柱和弹性限位带，对形状记忆温致收缩材料在导热壳体内的位置进行限位，且不影响形状记忆温致收缩材料的缩小变形，使得形状记忆温致收缩材料缩小时拉力分布均匀。
26、(4)、本专利技术在隔热导管内设置限位导板，避免柔性拉伸带在形状记忆温致收缩材料的带动下发生径向的位移，影响拉伸长度的计算，且通过限位导板的设置，将柔性拉伸带设置成蛇形弯折结构，避免了柔性拉伸带的形变，进一步保证形状记忆温致收缩材料形变量传递的准确性。
27、(5)、本专利技术为一体式封装结构，便于快速布设于超重力岩土模型的土体中，通过柔性光子晶体色彩的变化情况实现温度的采集。
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1.一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：包括有温度敏感机构、导热拉伸机构和发光可视机构；
2.根据权利要求1所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的导热壳体的内腔为圆形腔体，所述的形状记忆温致收缩材料为圆形板状结构，导热壳体的圆环形内壁上固定有一圈定位柱，形状记忆温致收缩材料设置于导热壳体内且与导热壳体导热接触，一圈定位柱均匀分布于形状记忆温致收缩材料的外周，每个定位柱均通过对应的弹性限位带与形状记忆温致收缩材料固定连接，使得形状记忆温致收缩材料定位于导热壳体内。
3.根据权利要求1所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的形状记忆温致收缩材料是由形状记忆合金或碳纳米管/液晶弹性体制成。
4.根据权利要求1所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的隔热导管内且沿隔热导管的轴向设置有一排限位导板，所述的柔性拉伸带依次穿过一排限位导板，从而限制柔性拉伸带在隔热导管内的径向位置。
5.根据权利要求4所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其
6.根据权利要求1所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的柔性拉伸带选用耐高温隔热带。
7.根据权利要求1所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的隔热壳体内的底面上固定设置有一排支撑块，柔性光子晶体的底面固定连接于一排支撑块上。
8.根据权利要求1所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的导热壳体内邻近隔热导管的位置和隔热壳体内邻近隔热导管的位置均设置有两个竖直设置的限位柱，柔性拉伸带的两端分别穿过对应的两个限位柱之间后与形状记忆温致收缩材料、柔性光子晶体固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的柔性光子晶体包括有竖直设置的柔性聚合物衬底，柔性聚合物衬底的外表面上设置于微结构阵列，微结构阵列内部封装有光子晶体，柔性聚合物衬底的底面固定连接于隔热壳体的底面上，柔性聚合物衬底的内表面与柔性拉伸带的另一端固定连接。
10.根据权利要求9所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的柔性光子晶体的衍射波长λ与晶格间距d的关系具体见下式(1)：
11.根据权利要求10所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的晶格调节系数k4与应变σ之间为正相关线性关系，应变σ的计算公式见下式(2)：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：包括有温度敏感机构、导热拉伸机构和发光可视机构；
2.根据权利要求1所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的导热壳体的内腔为圆形腔体，所述的形状记忆温致收缩材料为圆形板状结构，导热壳体的圆环形内壁上固定有一圈定位柱，形状记忆温致收缩材料设置于导热壳体内且与导热壳体导热接触，一圈定位柱均匀分布于形状记忆温致收缩材料的外周，每个定位柱均通过对应的弹性限位带与形状记忆温致收缩材料固定连接，使得形状记忆温致收缩材料定位于导热壳体内。
3.根据权利要求1所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的形状记忆温致收缩材料是由形状记忆合金或碳纳米管/液晶弹性体制成。
4.根据权利要求1所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的隔热导管内且沿隔热导管的轴向设置有一排限位导板，所述的柔性拉伸带依次穿过一排限位导板，从而限制柔性拉伸带在隔热导管内的径向位置。
5.根据权利要求4所述的一种适用于超重力离心环境下的温度传感装置，其特征在于：所述的一排限位导板沿隔热导管的轴向相互平行设置，相邻两个限位导板中，其中一个限位导板的顶端与隔热导管固定连接、其底端与隔热导管之间留有导向间隙，另一个限位导板的底端与隔热导管固定连接、其顶端与隔热导管之间留有导向间隙，所述的柔性拉伸带依次穿过每个限位导板和隔热导管之间的导向间隙，...
【专利技术属性】
技术研发人员：付浩然，梁冠文，洪成鹏，刘承斌，闫子壮，万章博，边学成，陆益挺，张毅，杨超，蒋建群，陈云敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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