[发明专利]一种基于液态金属天线的单向应力传感器和该传感器制备方法

说明书

本发明公开了一种基于液态金属天线的单向应力传感器，它包括有盒体（2），在盒体（2）内部有两个可压缩的有机聚合物圆柱体（5），有机聚合物圆柱体（5）长度为盒体内两个相对面之间的距离，盒体内部充满填充材料（7），每个有机聚合物圆柱体（5）设有微流道（4），微流道（4）内填充满液态金属，微流道内的液态金属与同轴馈线（1）电连接，同轴馈线（1）从盒体封装物（3）中引出。本发明还公开了一种基于液态金属天线的单向应力传感器的制备方法。本发明的优点是：液态金属天线的变化能真实反映盒体受力变形，提高了滑坡监测的准确性，增加了液态金属天线的强度，提高了滑坡监测的可靠性。

技术领域

本发明属于灾害防控技术领域，具体涉及一种基于液态金属天线的单向应力传感器和该传感器制备方法。

背景技术

现代城市建设、经济发展和技术进步对越来越多的岩土工程提出了更高水平的要求，这就需要对岩土工程中的土压力测试装置进行改进。测试土压力一直是岩土工程的一项重要课题，现在普遍采用的测试装置一般为振弦式传感器及电阻应变式传感器，然而这些测试装置都不能实现远程无线监控，并且测量精度不高。而土压力的监控对于基坑、大坝、路基、隧道等都有着重大的意义。

在实际应用中，还没有能够实现远程无线监测的压力测试装置。中国专利文献CN104037495 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、微型泵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泵，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：

1、由于L型空心管顶端安装微型泵，该微型泵用于对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泵控制，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；

2、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

针对L型液态金属天线的存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于液态金属天线的单向应力传感器，其液态金属天线的变化能真实反映盒体受力变形，能提高滑坡监测的准确性，还能增强液态金属天线的强度，避免损坏，提高滑坡监测的可靠性。本发明还提供一种基于液态金属天线的单向应力传感器制备方法。

本发明提供一种基于液态金属天线的单向应力传感器，它包括有圆柱形盒体，在圆柱形盒体内部有两个可压缩的有机聚合物圆柱体，有机聚合物圆柱体长度为圆柱形盒体内上下两个相对面之间的距离，圆柱形盒体内部充满填充材料，每个有机聚合物圆柱体设有微流道，微流道内填充满液态金属，微流道内的液态金属与同轴馈线电连接，同轴馈线从圆柱形盒体封装物中引出。

微流道内的液态金属构成液态金属天线。

本发明的工作原理是：将本发明的传感器预埋在待检测的土体或岩体，在圆柱形盒体面板受到土体压力变形，圆柱形盒体的面板变形导致两个有机聚合物圆柱体发生变形，致使微流道内的液态金属长度发生变化，从而实现液态金属天线频率的变化。

上述液态金属的微流道为螺旋形，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。

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：

液态金属天线的频率f与液态金属的长度l成反比例关系，其中c是光速，a是l与波长间的关系系数，ε_p是有机聚合物介电常数。