一種基于量子點(diǎn)的三向應(yīng)力計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于量子點(diǎn)的三向應(yīng)力計(jì)，包括盒體（1），盒體為六面體，其中有共頂點(diǎn)的三個(gè)面為受力面，三個(gè)受力面各有一個(gè)由盒體上蓋（2）覆蓋的凹槽（7），在凹槽（7）中設(shè)有安裝四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體（4）的固定裝置（5），四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體（4）頂部接觸盒體上蓋（2），固定裝置（5）為方框形盒，固定裝置（5）相鄰兩側(cè)壁上分別裝有激發(fā)光導(dǎo)入端（8）和光波探測器（10），光譜儀（9）過通光纖（11）與光波探測器（10）連接，激發(fā)光源（3）通過光纖（11）與激發(fā)光導(dǎo)入端（8）連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：測試巖土的三向壓力測量精度顯著提高，操作簡便。
【專利說明】
一種基于量子點(diǎn)的三向應(yīng)力計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于土木工程應(yīng)力測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三向應(yīng)力計(jì)，它能監(jiān)測一點(diǎn)的三向應(yīng)力狀態(tài)變化。
【背景技術(shù)】
[0002]受地質(zhì)構(gòu)造、巖性特征及原巖應(yīng)力場等因素影響，巖體多處于多向應(yīng)力共同作用的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下。土木工程中巖土體或混凝土體的三向應(yīng)力測試是工程中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，是對工程安全設(shè)計(jì)及評價(jià)的基礎(chǔ)。頂板垮落、巷道變形、沖擊地壓及滑坡失穩(wěn)等常見災(zāi)害事故的發(fā)生多是由于對這些力學(xué)信息難以獲取或獲取不及時(shí)所致。通過一定應(yīng)力檢測方法，及時(shí)掌握巖土體或混凝土體內(nèi)部三維應(yīng)力狀態(tài)及其變化規(guī)律，是減少此類事故發(fā)生的有效手段之一。
[0003]傳統(tǒng)的壓力測試裝置如壓磁應(yīng)力計(jì)只有在應(yīng)力平穩(wěn)區(qū)域才具有穩(wěn)定的觀測誤差；空心包體應(yīng)力計(jì)存在著制造工藝復(fù)雜和價(jià)格成本高的缺陷;光彈性應(yīng)力計(jì)則因?yàn)樾枰ㄟ^肉眼觀測條紋圖而得到數(shù)據(jù)，而且是通過人工對條紋圖進(jìn)行讀取并繪制，所以存在很大的誤差。另外現(xiàn)在的壓力傳感器大多只能測試一個(gè)方向的壓力，缺少可以測試三向應(yīng)力的壓力測試裝置。
[0004]現(xiàn)有的測試三向應(yīng)力的壓力測試裝置也存在諸多缺陷。中國專利文獻(xiàn)201120078900.X公開了一種三維應(yīng)力采集器，該專利雖然實(shí)現(xiàn)鉆孔內(nèi)不同深度巖土類介質(zhì)的應(yīng)力變化過程，但是采集器本身需要黏貼多個(gè)傳感器，并且傳感器粘貼于圓筒外部，對傳感器沒有采取有效地的保護(hù)措施，植入鉆孔時(shí)不可避免地對傳感器造成損壞。中國專利文獻(xiàn)201310033788.1提出了一種光纖光柵三維應(yīng)力傳感器，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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)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量子點(diǎn)的三向應(yīng)力計(jì)，它能準(zhǔn)確測試巖土的三向壓力，對受力敏感度高，能夠測試到微觀應(yīng)力的變化。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括盒體，盒體為六面體，其中有共頂點(diǎn)的三個(gè)面為受力面，三個(gè)受力面各有一個(gè)由盒體上蓋覆蓋的凹槽，在凹槽中設(shè)有安裝四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體的固定裝置，四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體頂部接觸盒體上蓋，固定裝置為方框形盒，固定裝置相鄰兩側(cè)壁上分別裝有激發(fā)光導(dǎo)入端和光波探測器，光譜儀過通光纖與光波探測器連接，激發(fā)光源通過光纖與激發(fā)光導(dǎo)入端連接。
[0007]所述四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物為四針量子點(diǎn)加入到多聚納米復(fù)合物中。激發(fā)光導(dǎo)入端的光照射四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體，量子點(diǎn)吸收激發(fā)光的能量后，價(jià)帶上的電子躍迀到導(dǎo)帶，形成電子-空穴對，導(dǎo)帶上的電子躍迀回價(jià)帶，與空穴復(fù)合，然后以輻射形式放出光子。光波探測器接收量子點(diǎn)發(fā)出的熒光，傳送至光譜儀。光譜儀與電腦連接將采集到的熒光強(qiáng)度進(jìn)行分析，當(dāng)含有量子點(diǎn)的多聚納米復(fù)合物柱體受力后，量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。然后，根據(jù)熒光強(qiáng)度與外力間的關(guān)系，可以獲得應(yīng)力大小。
[0008]在待測點(diǎn)處鉆孔，鉆孔大小根據(jù)本發(fā)明的量子點(diǎn)三向應(yīng)力計(jì)尺寸合理選擇。將孔壁清理后，埋設(shè)本發(fā)明的三向應(yīng)力計(jì)，三向應(yīng)力計(jì)通過光譜儀與電腦相連，電腦將光譜儀采集的熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)代入實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的關(guān)系式，得出應(yīng)力。
[0009]由于本發(fā)明采用四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物，并使用光譜儀進(jìn)行觀測，使裝置測量的結(jié)果精確，使用方便，而且對受力敏感。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:測試巖土的三向壓力測量精度顯著提高，操作簡便。
【附圖說明】
[0010]本發(fā)明的【附圖說明】如下:
圖1為本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的固定裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011 ]圖中:1.盒體;2.盒體上蓋;3.激發(fā)光源;4.四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物纖維圓體；
5.固定裝置;6.濾光片;7.凹槽;8.激發(fā)光導(dǎo)入端;9.光譜儀;10.光波探測器;11.光纖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明包括盒體I，盒體為六面體，其中有共頂點(diǎn)的三個(gè)面為受力面，三個(gè)受力面各有一個(gè)由盒體上蓋2覆蓋的凹槽7，在凹槽7中設(shè)有安裝四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體4的固定裝置5，四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體4頂部接觸盒體上蓋2，固定裝置5為方框形盒，固定裝置5相鄰兩側(cè)壁上分別裝有激發(fā)光導(dǎo)入端8和光波探測器10，光譜儀9過通光纖11與光波探測器10連接，激發(fā)光源3通過光纖11與激發(fā)光導(dǎo)入端8連接。
[0013]激發(fā)光源3—般采用脈沖氙燈，激發(fā)光采用光纖傳送。光波探測器10用于檢測量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度。如圖3所示，為了避免激發(fā)光源給量子點(diǎn)的熒光造成干擾，在光波探測器10與四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體4的夾縫之間設(shè)置有濾光片6，以濾除激發(fā)光。
[0014]每固定裝置5引出的光纖11從三個(gè)受力面的共頂點(diǎn)穿出。盒體上蓋2為主要受力面，采用可變形的鋼膜;非受力面為不變形的鋼板。將本發(fā)明埋設(shè)于巖體中或土中后，盒體三個(gè)受力面開始受到擠壓，盒體的受力面受到壓力作用，并產(chǎn)生形變。受力面受到的應(yīng)變傳遞給四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體，導(dǎo)致四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體產(chǎn)生變形。
[0015]根據(jù)“TetrapodNanocrystal s as Fluorescent Stress Probes ofElectrospun Nanocomposites”，ShiIpa N.Raja ? Andrew C.K.01 son ?KariThorkelsson? Nano Letters，2013，13，3915— 3922，(四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合纖維的焚光壓力探測器，Shilpa N.Raja?Andrew C.K.01son?Kari Thorkelsson，納米快報(bào)，2013，13期第3915- 3922頁)中記載了一種會(huì)發(fā)光的納米復(fù)合纖維，這種纖維受到外力時(shí)會(huì)變形，四針量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度會(huì)隨之改變，量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度與所受外力之間的關(guān)系，能通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，得出熒光強(qiáng)度與所受應(yīng)力的關(guān)系式及曲線。
[0016]實(shí)驗(yàn)標(biāo)定就是將四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體在實(shí)驗(yàn)裝置上加載，測量并繪制出應(yīng)力與熒光強(qiáng)度的擬合曲線。
[0017]開始測試時(shí)，激發(fā)光源打開，激發(fā)光導(dǎo)入端8傳送的激發(fā)光打在量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體4上，量子點(diǎn)吸收激發(fā)光的能量后，價(jià)帶上的電子躍迀到導(dǎo)帶，形成電子-空穴對，導(dǎo)帶上的電子躍迀回價(jià)帶，與空穴復(fù)合，然后以輻射形式放出光子。光譜儀的光波探測器10探測到量子點(diǎn)發(fā)出的熒光，光譜儀9將熒光強(qiáng)度信號采集，再傳輸給電腦端進(jìn)行分析處理。將光譜儀采集的熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)代入標(biāo)定實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的關(guān)系式，得出應(yīng)力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于量子點(diǎn)的三向應(yīng)力計(jì)，包括盒體(I)，盒體為六面體，其中有共頂點(diǎn)的三個(gè)面為受力面，其特征是:三個(gè)受力面各有一個(gè)由盒體上蓋(2)覆蓋的凹槽(7)，在凹槽(7)中設(shè)有安裝四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體(4)的固定裝置(5)，四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體(4)頂部接觸盒體上蓋(2)，固定裝置(5)為方框形盒，固定裝置(5)相鄰兩側(cè)壁上分別裝有激發(fā)光導(dǎo)入端(8)和光波探測器(10)，光譜儀(9)過通光纖(11)與光波探測器(10)連接，激發(fā)光源(3)通過光纖(11)與激發(fā)光導(dǎo)入端(8)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子點(diǎn)的三向應(yīng)力計(jì)，其特征是:光波探測器(10)與四針量子點(diǎn)多聚納米復(fù)合物柱體(4)的夾縫之間設(shè)置有濾光片(6)。
【文檔編號】G01L1/24GK105928645SQ201610278315
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】周小平, 肖睿胤, 何昊, 畢靖, 程浩, 壽云東
【申請人】重慶大學(xué)