[发明专利]一种基于圆极化液态金属天线的单向应力传感器

说明书

本发明公开了一种基于圆极化液态金属天线的单向应力传感器，它包括壳体（1）、圆极化天线结构体（3）和馈线（7），圆极化天线结构体（3）固定在壳体（1）内腔中，圆极化天线结构体（3）上顶面紧贴上盖（2），上盖（2）滑动地冒出壳体（1）的顶口，圆极化天线结构体（3）为可压缩的有机聚合物体（4），有机聚合物体（4）内部开有环形微通道，环形微通道内填充满用作天线的液态金属，液态金属天线（5）两端口对应连接两根馈线（7），馈线（7）从有机聚合物体（4）侧壁引出。本发明用于实时远程监测岩土体内部应力的变化，有效减小了多径反射的影响，提高了接收信号的稳定性和可靠性，减小了体积。

技术领域

本发明属于土木工程压力测试技术领域，具体涉及一种能够远程监测岩土体内部单向应力变化的传感器。

背景技术

在隧道工程的施工中，存在诸如突水、突泥、塌方等事故，给施工安全和进度造成了不利的影响。这些事故的发生往往有一定的预兆，其中内部应力急剧变化超过限值就是一种明确的信号。目前针对隧道应力测量的手段有钢弦压力盒(测量衬砌应力)，钻孔应力计法(测量隧道围岩应力)等，但这些装置都不能实现远程无线监控，而且仅能监测某一时间点的应力情况，无法实现实时监控，精度较低，人力物力消耗大。

中国专利文献CN105675174A于2016年6月15日公开了一种基于液态金属天线单向应力传感器，该发明包括盒体和盒体内部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盒体内两个相对面之间的距离，盒体内部充满填充材料，每个有机聚合物设有微孔道，微孔道内充满液态金属，液态金属由从盒体封装物中引出的馈线连接，该专利能实时进行远程无线监测，但是仍然存在以下问题：

1、上述液态金属天线单向应力传感器的外壳体积较大，在安装和固定该传感器时，很容易扰动原来的应力状态，造成测量误差；

2、天线的多径效应(信号经不同路径传播后，各分量场到达接收端时间不同，按各自相位相互叠加而造成干扰，使得原来的信号失真，或者产生错误。比如电磁波沿不同的两条路径传播，而两条路径的长度正好相差半个波长，那么两路信号到达终点时正好相互抵消了)对于信号的传播非常不利，其接收信号的强度将由直射波和反射波叠加合成，不但极大影响了信号的强弱，还会导致所检测到的是错误的信号。

发明内容

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圆极化液态金属天线的单向应力传感器，它能克服液态金属天线单向应力传感器天线多径效应，提高天线信号稳定性，减小体积，又能实时远程监测。

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，它包括壳体、圆极化天线结构体和馈线，圆极化天线结构体固定在壳体内腔中，壳体内腔留有圆极化天线结构体变形所需的空间，圆极化天线结构体上顶面紧贴上盖，上盖滑动地冒出壳体的顶口，圆极化天线结构体为可压缩的有机聚合物体，有机聚合物体内部开有环形微通道，环形微通道内填充满用作天线的液态金属，液态金属天线两端口对应连接两根馈线，馈线从有机聚合物体侧壁引出。

由于本发明使用圆极化天线结构体，极化方式为圆极化，圆极化的波在传播过程中具有反射旋向相反的特性，有减小反射信号影响和抗多径反射的作用。实际工程中，依据“圆极化天线在舰地图像传输中的应用”，李现亭，无线电工程2004年第34卷第6期41页的记载，极化天线的抑制作用通过下述公式计算：

其中，P为接收信号归一化电平；V₁为接收天线极化轴比；V₂为发射天线极化轴比；α为接收天线和发射天线两个极化长轴之间的夹角。“+”和“-”分别对应接收天线和发射天线极化旋向相同和相反，相通同时取“+”，相反时取“-”。取通常工程中采用的接收天线轴比1.5dB，发射天线2.23dB，一般角度可取为45°，可以计算得P＝10.74dB。这表明，如果天线采用左旋极化，理论上接收天线对右旋信号具有10.74dB的抑制。