[發明專利]一種基于液態金屬天線的單向應力傳感器和該傳感器制備方法

有效

• 申請號: 201610051233.3
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105675174B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 周小平;肖睿胤;程浩
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00;G01L5/00;G01B7/16
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

本發明公開了一種基于液態金屬天線的單向應力傳感器，它包括有盒體（2），在盒體（2）內部有兩個可壓縮的有機聚合物圓柱體（5），有機聚合物圓柱體（5）長度為盒體內兩個相對面之間的距離，盒體內部充滿填充材料（7），每個有機聚合物圓柱體（5）設有微流道（4），微流道（4）內填充滿液態金屬，微流道內的液態金屬與同軸饋線（1）電連接，同軸饋線（1）從盒體封裝物（3）中引出。本發明還公開了一種基于液態金屬天線的單向應力傳感器的制備方法。本發明的優點是：液態金屬天線的變化能真實反映盒體受力變形，提高了滑坡監測的準確性，增加了液態金屬天線的強度，提高了滑坡監測的可靠性。

技術領域

本發明屬于災害防控技術領域，具體涉及一種基于液態金屬天線的單向應力傳感器和該傳感器制備方法。

背景技術

現代城市建設、經濟發展和技術進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行改進。測試土壓力一直是巖土工程的一項重要課題，現在普遍采用的測試裝置一般為振弦式傳感器及電阻應變式傳感器，然而這些測試裝置都不能實現遠程無線監控，并且測量精度不高。而土壓力的監控對于基坑、大壩、路基、隧道等都有著重大的意義。

在實際應用中，還沒有能夠實現遠程無線監測的壓力測試裝置。中國專利文獻CN104037495 A于2014年9月10日公開了一種用于滑坡監測的L型液態金屬天線，它包括有彈性殼體、L型空心管、微型泵和饋電同軸線以及接地片，彈性殼體內部裝滿液態金屬，L型空心管設置在彈性殼體頂部側邊，并連通彈性殼體內部，L型空心管向上延伸，L型空心管頂端安裝微型泵，從L型空心管內部位于液態金屬溢流口處有饋電同軸線引出，溢流口處的液態金屬與接地片電連接。該專利能夠進行實時的遠程監測滑坡的狀態變化，但是，該裝置存在以下問題：

1、由于L型空心管頂端安裝微型泵，該微型泵用于對L型空心管抽空氣，以維持L型空心管氣壓平衡，因為L型空心管內的氣壓值無法檢測并保持恒定，導致與氣壓值相關的液態金屬流動受到微型泵控制，所以L型空心管的液態金屬長短不能真實反映彈性殼體的受力變形，導致滑坡位移變形的監測錯誤；

2、L型空心管設置在彈性殼體頂部側邊，細長的L型空心管強度較低，在與彈性殼體連接處的強度很薄弱，在實際使用中容易折斷和損壞。

發明內容

針對L型液態金屬天線的存在的問題，本發明所要解決的技術問題就是提供一種基于液態金屬天線的單向應力傳感器，其液態金屬天線的變化能真實反映盒體受力變形，能提高滑坡監測的準確性，還能增強液態金屬天線的強度，避免損壞，提高滑坡監測的可靠性。本發明還提供一種基于液態金屬天線的單向應力傳感器制備方法。

本發明提供一種基于液態金屬天線的單向應力傳感器，它包括有圓柱形盒體，在圓柱形盒體內部有兩個可壓縮的有機聚合物圓柱體，有機聚合物圓柱體長度為圓柱形盒體內上下兩個相對面之間的距離，圓柱形盒體內部充滿填充材料，每個有機聚合物圓柱體設有微流道，微流道內填充滿液態金屬，微流道內的液態金屬與同軸饋線電連接，同軸饋線從圓柱形盒體封裝物中引出。

微流道內的液態金屬構成液態金屬天線。

本發明的工作原理是：將本發明的傳感器預埋在待檢測的土體或巖體，在圓柱形盒體面板受到土體壓力變形，圓柱形盒體的面板變形導致兩個有機聚合物圓柱體發生變形，致使微流道內的液態金屬長度發生變化，從而實現液態金屬天線頻率的變化。

上述液態金屬的微流道為螺旋形，兩個有機聚合物圓柱體上的液態金屬天線同時接入同軸饋線進行饋電，形成天線中的對稱振子。

依據“基于液態金屬的頻率可重構天線研究與設計”，夏林艷，重慶郵電大學碩士學位論文，第34頁公式(3.5)，記載了液態金屬天線的頻率與天線長度的關系：

液態金屬天線的頻率f與液態金屬的長度l成反比例關系，其中c是光速，a是l與波長間的關系系數，ε_p是有機聚合物介電常數。