一種基于液態(tài)金屬天線的單向應(yīng)力傳感器和該傳感器制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于災(zāi)害防控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于液態(tài)金屬天線的單向應(yīng)力傳感 器和該傳感器制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步對越來越多的巖土工程提出了更高水平的要 求，這就需要對巖土工程中的土壓力測試裝置進(jìn)行改進(jìn)。測試土壓力一直是巖土工程的一 項重要課題，現(xiàn)在普遍采用的測試裝置一般為振弦式傳感器及電阻應(yīng)變式傳感器，然而這 些測試裝置都不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控，并且測量精度不高。而土壓力的監(jiān)控對于基坑、大 壩、路基、隧道等都有著重大的意義。
[0003] 在實際應(yīng)用中，還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)測的壓力測試裝置。中國專利文獻(xiàn) CN104037495 A于2014年9月10日公開了一種用于滑坡監(jiān)測的L型液態(tài)金屬天線，它包括有 彈性殼體、L型空心管、微型栗和饋電同軸線以及接地片，彈性殼體內(nèi)部裝滿液態(tài)金屬，L型 空心管設(shè)置在彈性殼體頂部側(cè)邊，并連通彈性殼體內(nèi)部，L型空心管向上延伸，L型空心管頂 端安裝微型栗，從L型空心管內(nèi)部位于液態(tài)金屬溢流口處有饋電同軸線引出，溢流口處的液 態(tài)金屬與接地片電連接。該專利能夠進(jìn)行實時的遠(yuǎn)程監(jiān)測滑坡的狀態(tài)變化，但是，該裝置存 在以下問題：
[0004] 1、由于L型空心管頂端安裝微型栗，該微型栗用于對L型空心管抽空氣，以維持L型 空心管氣壓平衡，因為L型空心管內(nèi)的氣壓值無法檢測并保持恒定，導(dǎo)致與氣壓值相關(guān)的液 態(tài)金屬流動受到微型栗控制，所以L型空心管的液態(tài)金屬長短不能真實反映彈性殼體的受 力變形，導(dǎo)致滑坡位移變形的監(jiān)測錯誤；
[0005] 2、L型空心管設(shè)置在彈性殼體頂部側(cè)邊，細(xì)長的L型空心管強(qiáng)度較低，在與彈性殼 體連接處的強(qiáng)度很薄弱，在實際使用中容易折斷和損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對L型液態(tài)金屬天線的存在的問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種 基于液態(tài)金屬天線的單向應(yīng)力傳感器，其液態(tài)金屬天線的變化能真實反映盒體受力變形， 能提高滑坡監(jiān)測的準(zhǔn)確性，還能增強(qiáng)液態(tài)金屬天線的強(qiáng)度，避免損壞，提高滑坡監(jiān)測的可靠 性。本發(fā)明還提供一種基于液態(tài)金屬天線的單向應(yīng)力傳感器制備方法。
[0007] 本發(fā)明提供一種基于液態(tài)金屬天線的單向應(yīng)力傳感器，它包括有盒體，在盒體內(nèi) 部有兩個可壓縮的有機(jī)聚合物圓柱體，有機(jī)聚合物圓柱體長度為盒體內(nèi)兩個相對面之間的 距離，盒體內(nèi)部充滿填充材料，每個有機(jī)聚合物圓柱體設(shè)有微流道，微流道內(nèi)填充滿液態(tài)金 屬，微流道內(nèi)的液態(tài)金屬與同軸饋線電連接，同軸饋線從盒體封裝物中引出。
[0008] 微流道內(nèi)的液態(tài)金屬構(gòu)成液態(tài)金屬天線。
[0009] 本發(fā)明的工作原理是:將本發(fā)明的傳感器預(yù)埋在待檢測的土體或巖體，在盒體面 板受到土體壓力變形，盒體的面板變形導(dǎo)致兩個有機(jī)聚合物圓柱體發(fā)生變形，致使微流道 內(nèi)的液態(tài)金屬長度發(fā)生變化，從而實現(xiàn)液態(tài)金屬天線頻率的變化。
[0010] 上述液態(tài)金屬的微流道為螺旋形，兩個有機(jī)聚合物圓柱體上的液態(tài)金屬天線同時 接入同軸饋線進(jìn)行饋電，形成天線中的對稱振子。
[0011] 依據(jù)"基于液態(tài)金屬的頻率可重構(gòu)天線研究與設(shè)計"，夏林艷，重慶郵電大學(xué)碩士 學(xué)位論文，第34頁公式(3.5)，記載了液態(tài)金屬天線的頻率與天線長度的關(guān)系：
[0012] 液態(tài)金屬天線的頻率f與液態(tài)金屬的長度1成反比例關(guān)系，/ = t/?/·^，其中c是 光速，a是1與波長間的關(guān)系系數(shù)，εΡ是有機(jī)聚合物介電常數(shù)。
[0013] 接收裝置通過液態(tài)金屬天線頻率的變化，推算出盒體表面受到的土壓力，盒體外 殼受力F與變形量Δ L成正比，關(guān)系式如下：
[0014] F=KAL
[0015]式中，K為盒體的彈性系數(shù)，山為壓力作用前的液態(tài)金屬天線長度；12 為壓力作用后的液態(tài)金屬天線長度。
[0016] 由此，依據(jù)f-1-AL-F的相互關(guān)系能夠測得待測巖體或土體的變形和壓力。
[0017] 本發(fā)明提供的一種基于液態(tài)金屬天線的單向應(yīng)力傳感器制備方法，包括以下步 驟：
[0018] (1)制備金屬絲螺旋柱模具和圓柱形的空心模具；
[0019] (2)將金屬絲螺旋柱模具放入圓柱形的空心模具內(nèi)，并將金屬絲螺旋柱模具緊貼 空心模具內(nèi)壁粘接固定，在金屬絲螺旋柱模具和空心模具內(nèi)壁涂上脫模劑，然后填充膠狀 有機(jī)聚合物溶液，待有機(jī)聚合物固化后，按螺旋方向旋轉(zhuǎn)取出有機(jī)聚合物圓柱體，有機(jī)聚合 物圓柱體的柱面上得到一個螺旋形微流道凹槽；
[0020] (3)在有機(jī)聚合物圓柱體表面緊貼上一圈有機(jī)彈性薄膜，使微流道凹槽密封形成 螺旋形微流道；
[0021] (4)通過微流道一端開口向微流道內(nèi)注入液態(tài)金屬，微流道填充滿液態(tài)金屬后，將 微流道兩端開口用薄膜密封，并在其中一端的薄膜上開孔；
[0022] (5)將同軸饋線接入到薄膜開孔；
[0023] (6)對開孔進(jìn)行密封；
[0024] (7)將上述做好的含有螺旋形微流道的有機(jī)聚合物圓柱體放置到盒體里；
[0025] (8)往盒體里注入硅膠，盒體內(nèi)填充硅膠后，將盒體密封。
[0026]本發(fā)明的傳感器預(yù)埋在待檢測的土體或巖體，由于巖土壓力通過盒體面板直接作 用在有機(jī)聚合物圓柱體上，引起微流道內(nèi)的液態(tài)金屬長度發(fā)生變化，避免了微型栗抽出管 道空氣所引起的液態(tài)金屬流動變形，液態(tài)金屬天線的變化能真實反映盒體受力變形；另外， 充滿液態(tài)金屬的微流道開設(shè)在聚合物圓柱體的柱面上，液態(tài)金屬天線依附在聚合物圓柱體 上，且安裝在盒體內(nèi)，其強(qiáng)度為盒體整體的強(qiáng)度，不易損壞，能長期使用。
[0027]所以本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:液態(tài)金屬天線的變化能真實反映盒體受力變形，提高了滑 坡監(jiān)測的準(zhǔn)確性，增加了液態(tài)金屬天線的強(qiáng)度，提高了滑坡監(jiān)測的可靠性。
【附圖說明】
[0028] 本