一种基于量子点的三向应力计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于量子点的三向应力计，包括盒体（1），盒体为六面体，其中有共顶点的三个面为受力面，三个受力面各有一个由盒体上盖（2）覆盖的凹槽（7），在凹槽（7）中设有安装四针量子点多聚纳米复合物柱体（4）的固定装置（5），四针量子点多聚纳米复合物柱体（4）顶部接触盒体上盖（2），固定装置（5）为方框形盒，固定装置（5）相邻两侧壁上分别装有激发光导入端（8）和光波探测器（10），光谱仪（9）过通光纤（11）与光波探测器（10）连接，激发光源（3）通过光纤（11）与激发光导入端（8）连接。本发明的优点是：测试岩土的三向压力测量精度显著提高，操作简便。
【专利说明】
一种基于量子点的三向应力计
技术领域
[0001]本发明属于土木工程应力测试技术领域，具体涉及一种三向应力计，它能监测一点的三向应力状态变化。
【背景技术】
[0002]受地质构造、岩性特征及原岩应力场等因素影响，岩体多处于多向应力共同作用的复杂应力状态下。土木工程中岩土体或混凝土体的三向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。顶板垮落、巷道变形、冲击地压及滑坡失稳等常见灾害事故的发生多是由于对这些力学信息难以获取或获取不及时所致。通过一定应力检测方法，及时掌握岩土体或混凝土体内部三维应力状态及其变化规律，是减少此类事故发生的有效手段之一。
[0003]传统的压力测试装置如压磁应力计只有在应力平稳区域才具有稳定的观测误差；空心包体应力计存在着制造工艺复杂和价格成本高的缺陷;光弹性应力计则因为需要通过肉眼观测条纹图而得到数据，而且是通过人工对条纹图进行读取并绘制，所以存在很大的误差。另外现在的压力传感器大多只能测试一个方向的压力，缺少可以测试三向应力的压力测试装置。
[0004]现有的测试三向应力的压力测试装置也存在诸多缺陷。中国专利文献201120078900.X公开了一种三维应力采集器，该专利虽然实现钻孔内不同深度岩土类介质的应力变化过程，但是采集器本身需要黏贴多个传感器，并且传感器粘贴于圆筒外部，对传感器没有采取有效地的保护措施，植入钻孔时不可避免地对传感器造成损坏。中国专利文献201310033788.1提出了一种光纤光栅三维应力传感器，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。
【发明内容】
[0005]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基于量子点的三向应力计，它能准确测试岩土的三向压力，对受力敏感度高，能够测试到微观应力的变化。
[0006]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，它包括盒体，盒体为六面体，其中有共顶点的三个面为受力面，三个受力面各有一个由盒体上盖覆盖的凹槽，在凹槽中设有安装四针量子点多聚纳米复合物柱体的固定装置，四针量子点多聚纳米复合物柱体顶部接触盒体上盖，固定装置为方框形盒，固定装置相邻两侧壁上分别装有激发光导入端和光波探测器，光谱仪过通光纤与光波探测器连接，激发光源通过光纤与激发光导入端连接。
[0007]所述四针量子点多聚纳米复合物为四针量子点加入到多聚纳米复合物中。激发光导入端的光照射四针量子点多聚纳米复合物柱体，量子点吸收激发光的能量后，价带上的电子跃迀到导带，形成电子-空穴对，导带上的电子跃迀回价带，与空穴复合，然后以辐射形式放出光子。光波探测器接收量子点发出的荧光，传送至光谱仪。光谱仪与电脑连接将采集到的荧光强度进行分析，当含有量子点的多聚纳米复合物柱体受力后，量子点的荧光强度会发生变化。然后，根据荧光强度与外力间的关系，可以获得应力大小。
[0008]在待测点处钻孔，钻孔大小根据本发明的量子点三向应力计尺寸合理选择。将孔壁清理后，埋设本发明的三向应力计，三向应力计通过光谱仪与电脑相连，电脑将光谱仪采集的荧光强度数据进行分析，将荧光强度数据代入实验标定的关系式，得出应力。
[0009]由于本发明采用四针量子点多聚纳米复合物，并使用光谱仪进行观测，使装置测量的结果精确，使用方便，而且对受力敏感。与现有技术相比，本发明的优点是:测试岩土的三向压力测量精度显著提高，操作简便。
【附图说明】
[0010]本发明的【附图说明】如下:
图1为本发明的外形结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图3为本发明的固定装置结构示意图。
[0011 ]图中:1.盒体;2.盒体上盖;3.激发光源;4.四针量子点多聚纳米复合物纤维圆体；
5.固定装置;6.滤光片;7.凹槽;8.激发光导入端;9.光谱仪;10.光波探测器;11.光纤。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
如图1、图2和图3所示，本发明包括盒体I，盒体为六面体，其中有共顶点的三个面为受力面，三个受力面各有一个由盒体上盖2覆盖的凹槽7，在凹槽7中设有安装四针量子点多聚纳米复合物柱体4的固定装置5，四针量子点多聚纳米复合物柱体4顶部接触盒体上盖2，固定装置5为方框形盒，固定装置5相邻两侧壁上分别装有激发光导入端8和光波探测器10，光谱仪9过通光纤11与光波探测器10连接，激发光源3通过光纤11与激发光导入端8连接。
[0013]激发光源3—般采用脉冲氙灯，激发光采用光纤传送。光波探测器10用于检测量子点的荧光强度。如图3所示，为了避免激发光源给量子点的荧光造成干扰，在光波探测器10与四针量子点多聚纳米复合物柱体4的夹缝之间设置有滤光片6，以滤除激发光。
[0014]每固定装置5引出的光纤11从三个受力面的共顶点穿出。盒体上盖2为主要受力面，采用可变形的钢膜;非受力面为不变形的钢板。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四针量子点多聚纳米复合物柱体，导致四针量子点多聚纳米复合物柱体产生变形。
[0015]根据“TetrapodNanocrystal s as Fluorescent Stress Probes ofElectrospun Nanocomposites”，ShiIpa N.Raja ? Andrew C.K.01 son ?KariThorkelsson? Nano Letters，2013，13，3915— 3922，(四针量子点多聚纳米复合纤维的焚光压力探测器，Shilpa N.Raja?Andrew C.K.01son?Kari Thorkelsson，纳米快报，2013，13期第3915- 3922页)中记载了一种会发光的纳米复合纤维，这种纤维受到外力时会变形，四针量子点的荧光强度会随之改变，量子点的荧光强度与所受外力之间的关系，能通过实验标定，得出荧光强度与所受应力的关系式及曲线。
[0016]实验标定就是将四针量子点多聚纳米复合物柱体在实验装置上加载，测量并绘制出应力与荧光强度的拟合曲线。
[0017]开始测试时，激发光源打开，激发光导入端8传送的激发光打在量子点多聚纳米复合物柱体4上，量子点吸收激发光的能量后，价带上的电子跃迀到导带，形成电子-空穴对，导带上的电子跃迀回价带，与空穴复合，然后以辐射形式放出光子。光谱仪的光波探测器10探测到量子点发出的荧光，光谱仪9将荧光强度信号采集，再传输给电脑端进行分析处理。将光谱仪采集的荧光强度数据进行分析，将荧光强度数据代入标定实验标定的关系式，得出应力。
【主权项】
1.一种基于量子点的三向应力计，包括盒体(I)，盒体为六面体，其中有共顶点的三个面为受力面，其特征是:三个受力面各有一个由盒体上盖(2)覆盖的凹槽(7)，在凹槽(7)中设有安装四针量子点多聚纳米复合物柱体(4)的固定装置(5)，四针量子点多聚纳米复合物柱体(4)顶部接触盒体上盖(2)，固定装置(5)为方框形盒，固定装置(5)相邻两侧壁上分别装有激发光导入端(8)和光波探测器(10)，光谱仪(9)过通光纤(11)与光波探测器(10)连接，激发光源(3)通过光纤(11)与激发光导入端(8)连接。2.根据权利要求1所述的基于量子点的三向应力计，其特征是:光波探测器(10)与四针量子点多聚纳米复合物柱体(4)的夹缝之间设置有滤光片(6)。
【文档编号】G01L1/24GK105928645SQ201610278315
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】周小平, 肖睿胤, 何昊, 毕靖, 程浩, 寿云东
【申请人】重庆大学