一種具有液態(tài)金屬天線的三向應力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖土工程壓力測試技術領域，具體涉及一種具有液態(tài)金屬天線的三向 應力傳感器。
【背景技術】
[0002] 土木工程中巖土體或混凝土體的三維應力測試是工程中的一項基礎性工作，是對 工程安全設計及評價的基礎。尤其是能夠準確測出三向應力狀態(tài)并實現實時遠程監(jiān)測，對 于土木工程、水利工程、交通工程等基礎設施項目具有基礎性的重要作用。
[0003] 目前，土木工程應力測試領域中現有的壓力測試裝置大多數只能測試一個方向的 壓力，只有少數壓力測試裝置能夠測試三向應力狀態(tài)，中國專利文獻CN102620870A、CN 104075944A公開了幾種三向應力傳感器，各有特色。但綜合比較后發(fā)現，現有的三向應力傳 感器存在幾個問題：1、現有的三向應力傳感器主要都是基于傳感式或振弦式土盒體，該類 測試裝置精度不夠高，易受電磁干擾，量程不夠大，長期穩(wěn)定性較差;2、現有的三向應力傳 感器都是有線傳遞測試數據，測試深度不夠深，不能遠程測試;3、現有的三向應力傳感器都 不能長期、實時遠程監(jiān)測。
[0004] 中國專利文獻CN 104037495 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 內部裝滿液態(tài)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栗，從L型空心管內部位于液態(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。該專利能夠進行實時的遠程監(jiān)測滑坡的 狀態(tài)變化，但是，該裝置存在以下問題：
[0005] 1)、該專利只能測試一個方向壓力，不能測試三向壓力；
[0006] 2)、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型空心管內的氣壓值無法檢測并保持恒定，導致與氣壓值相關的 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，導致滑坡位移變形的監(jiān)測錯誤；
[0007] 3)、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(fā)明內容】

[0008] 針對現有技術存在的問題，本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種具有液態(tài)金 屬天線的三向應力傳感器，它能夠實時、遠程監(jiān)測三向壓力，并能提高檢測的準確性，可靠 性。
[0009] 本發(fā)明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現的，它包括有盒體，盒體 為方形六面體，其中有共頂點的三個面為受力面，在每個受力面與其相對面之間各夾裝有 兩個有機聚合物圓柱體，有機聚合物圓柱體上具有螺旋形微流道，螺旋形微流道內充滿液 態(tài)金屬，螺旋形微流道內的液態(tài)金屬通過連接的同軸饋線饋電。
[0010]微流道內的液態(tài)金屬構成液態(tài)金屬天線。兩個有機聚合物圓柱體上的液態(tài)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。
[0011]本發(fā)明的工作原理是:將本發(fā)明埋設于巖體中或土中后，盒體三個受力面開始受 到擠壓，盒體的受力面受到壓力作用，并產生形變。受力面受到的應變傳遞給兩個可壓縮的 有機聚合物圓柱體，有機聚合物圓柱體被壓縮，導致有機聚合物圓柱體內的螺旋形微流道 產生縱向及橫向變形。通過同軸饋線饋電后的液態(tài)金屬在變形后，接收裝置接收的頻率在 發(fā)生變化。
[0012] 通過接收裝置接收到頻率的變化從而推算出裝置受到的土壓力，盒體外殼所受力 F與變形量Δ L成正比，關系式如下：
[0013] F=KAL
[0014] 式中，K為盒體的彈性系數，八1^=11-12，11為壓力作用前的液態(tài)金屬天線長度；1 2 為壓力作用后的液態(tài)金屬天線長度。
[0015] 依據"基于液態(tài)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(tài)金屬天線的頻率與天線長度的關系：
[0016] 液態(tài)金屬天線的頻率f與液態(tài)金屬的長度1成反比例關系，/ = 其中c是 光速，a是1與波長間的關系系數，εΡ是有機聚合物介電常數。
[0017] 由此，依據f-1-AL-F的相互關系能夠測得待測巖體或土體的三向應力狀態(tài)。
[0018] 本發(fā)明在三向受力的情況下，有機聚合物圓柱體中液態(tài)金屬螺旋形微流道的變 形，使液態(tài)金屬天線頻率發(fā)生變化，通過天線頻率接收裝置測得土體或巖體的壓力，實現遠 程監(jiān)測及測量土體或巖體的壓力情況。由于巖土壓力通過盒體面板直接作用在有機聚合物 圓柱體上，引起螺旋形微流道內的液態(tài)金屬長度發(fā)生變化，避免了 L型液態(tài)金屬天線的微型 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，提高了檢測的準確性。另外，充滿液態(tài)金屬的螺旋形微流道開設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，其強度為盒體整體的強度，提 高了檢測的可靠性。
[0019] 與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:能夠實時遠程監(jiān)測三向壓力，提高了檢測的準 確性、可靠性。
【附圖說明】
[0020] 本發(fā)明的【附圖說明】如下：
[0021 ]圖1為本發(fā)明的外形結構示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的內部結構示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明的有機聚合物圓柱體的結構示意圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明的金屬絲螺旋柱模具的外形結構示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明的頻率測定的電路原理框圖；
[0026] 圖6為應用兩個本發(fā)明對應的坐標圖。
[0027] 圖中：1.盒體;2 .受力面;3.有機聚合物圓柱體;4.同軸饋線;5 .螺旋形微流道;6. 金屬絲螺旋柱模具;7.有機彈性薄膜。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：
[0029] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括有盒體1，盒體1為方形六面體，其中有共頂點的三個 面為受力面2，在每個受力面2與其相對面之間各夾裝有兩個有機聚合物圓柱體3，有機聚合 物圓柱體3上具有螺旋形微流道5，螺旋形微流道5內充滿液態(tài)金屬，螺旋形微流道5內的液 態(tài)金屬通過連接的同軸饋線4饋電。
[0030] 液態(tài)金屬選用3:1的鎵銦合金，盒體內部填充硅膠。盒體受力面為可變形的鋼膜、 非受力面為不變形的鋼板。
[0031 ]每個螺旋形微流道5內接入同軸饋線4，從盒體1頂點穿出。本實例中，每相鄰的三 個有機聚合物圓柱體3上的同軸饋線4從相