一种具有液态金属天线的三向应力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于岩土工程压力测试技术领域，具体涉及一种具有液态金属天线的三向 应力传感器。
【背景技术】
[0002] 土木工程中岩土体或混凝土体的三维应力测试是工程中的一项基础性工作，是对 工程安全设计及评价的基础。尤其是能够准确测出三向应力状态并实现实时远程监测，对 于土木工程、水利工程、交通工程等基础设施项目具有基础性的重要作用。
[0003] 目前，土木工程应力测试领域中现有的压力测试装置大多数只能测试一个方向的 压力，只有少数压力测试装置能够测试三向应力状态，中国专利文献CN102620870A、CN 104075944A公开了几种三向应力传感器，各有特色。但综合比较后发现，现有的三向应力传 感器存在几个问题：1、现有的三向应力传感器主要都是基于传感式或振弦式土盒体，该类 测试装置精度不够高，易受电磁干扰，量程不够大，长期稳定性较差;2、现有的三向应力传 感器都是有线传递测试数据，测试深度不够深，不能远程测试;3、现有的三向应力传感器都 不能长期、实时远程监测。
[0004] 中国专利文献CN 104037495 A于2014年9月10日公开了一种用于滑坡监测的L型 液态金属天线，它包括有弹性壳体、L型空心管、微型栗和馈电同轴线以及接地片，弹性壳体 内部装满液态金属，L型空心管设置在弹性壳体顶部侧边，并连通弹性壳体内部，L型空心管 向上延伸，L型空心管顶端安装微型栗，从L型空心管内部位于液态金属溢流口处有馈电同 轴线引出，溢流口处的液态金属与接地片电连接。该专利能够进行实时的远程监测滑坡的 状态变化，但是，该装置存在以下问题：
[0005] 1)、该专利只能测试一个方向压力，不能测试三向压力；
[0006] 2)、由于L型空心管顶端安装微型栗，该微型栗用于对L型空心管抽空气，以维持L 型空心管气压平衡，因为L型空心管内的气压值无法检测并保持恒定，导致与气压值相关的 液态金属流动受到微型栗控制，所以L型空心管的液态金属长短不能真实反映弹性壳体的 受力变形，导致滑坡位移变形的监测错误；
[0007] 3)、L型空心管设置在弹性壳体顶部侧边，细长的L型空心管强度较低，在与弹性壳 体连接处的强度很薄弱，在实际使用中容易折断和损坏。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种具有液态金 属天线的三向应力传感器，它能够实时、远程监测三向压力，并能提高检测的准确性，可靠 性。
[0009] 本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有盒体，盒体 为方形六面体，其中有共顶点的三个面为受力面，在每个受力面与其相对面之间各夹装有 两个有机聚合物圆柱体，有机聚合物圆柱体上具有螺旋形微流道，螺旋形微流道内充满液 态金属，螺旋形微流道内的液态金属通过连接的同轴馈线馈电。
[0010]微流道内的液态金属构成液态金属天线。两个有机聚合物圆柱体上的液态金属天 线同时接入同轴馈线进行馈电，形成天线中的对称振子。
[0011]本发明的工作原理是:将本发明埋设于岩体中或土中后，盒体三个受力面开始受 到挤压，盒体的受力面受到压力作用，并产生形变。受力面受到的应变传递给两个可压缩的 有机聚合物圆柱体，有机聚合物圆柱体被压缩，导致有机聚合物圆柱体内的螺旋形微流道 产生纵向及横向变形。通过同轴馈线馈电后的液态金属在变形后，接收装置接收的频率在 发生变化。
[0012] 通过接收装置接收到频率的变化从而推算出装置受到的土压力，盒体外壳所受力 F与变形量Δ L成正比，关系式如下：
[0013] F=KAL
[0014] 式中，K为盒体的弹性系数，八1^=11-12，11为压力作用前的液态金属天线长度；1 2 为压力作用后的液态金属天线长度。
[0015] 依据"基于液态金属的频率可重构天线研究与设计"，夏林艳，重庆邮电大学硕士 学位论文，第34页公式(3.5)，记载了液态金属天线的频率与天线长度的关系：
[0016] 液态金属天线的频率f与液态金属的长度1成反比例关系，/ = 其中c是 光速，a是1与波长间的关系系数，εΡ是有机聚合物介电常数。
[0017] 由此，依据f-1-AL-F的相互关系能够测得待测岩体或土体的三向应力状态。
[0018] 本发明在三向受力的情况下，有机聚合物圆柱体中液态金属螺旋形微流道的变 形，使液态金属天线频率发生变化，通过天线频率接收装置测得土体或岩体的压力，实现远 程监测及测量土体或岩体的压力情况。由于岩土压力通过盒体面板直接作用在有机聚合物 圆柱体上，引起螺旋形微流道内的液态金属长度发生变化，避免了 L型液态金属天线的微型 栗抽出管道空气所引起的液态金属流动变形，液态金属天线的变化能真实反映盒体受力变 形，提高了检测的准确性。另外，充满液态金属的螺旋形微流道开设在聚合物圆柱体的柱面 上，液态金属天线依附在聚合物圆柱体上，且安装在盒体内，其强度为盒体整体的强度，提 高了检测的可靠性。
[0019] 与现有技术相比，本发明的优点是:能够实时远程监测三向压力，提高了检测的准 确性、可靠性。
【附图说明】
[0020] 本发明的【附图说明】如下：
[0021 ]图1为本发明的外形结构示意图；
[0022]图2为本发明的内部结构示意图；
[0023] 图3为本发明的有机聚合物圆柱体的结构示意图；
[0024] 图4为本发明的金属丝螺旋柱模具的外形结构示意图；
[0025]图5为本发明的频率测定的电路原理框图；
[0026] 图6为应用两个本发明对应的坐标图。
[0027] 图中：1.盒体;2 .受力面;3.有机聚合物圆柱体;4.同轴馈线;5 .螺旋形微流道;6. 金属丝螺旋柱模具;7.有机弹性薄膜。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
[0029] 如图1和图2所示，本发明包括有盒体1，盒体1为方形六面体，其中有共顶点的三个 面为受力面2，在每个受力面2与其相对面之间各夹装有两个有机聚合物圆柱体3，有机聚合 物圆柱体3上具有螺旋形微流道5，螺旋形微流道5内充满液态金属，螺旋形微流道5内的液 态金属通过连接的同轴馈线4馈电。
[0030] 液态金属选用3:1的镓铟合金，盒体内部填充硅胶。盒体受力面为可变形的钢膜、 非受力面为不变形的钢板。
[0031 ]每个螺旋形微流道5内接入同轴馈线4，从盒体1顶点穿出。本实例中，每相邻的三 个有机聚合物圆柱体3上的同轴馈线4从相