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
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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：
[0004] 1、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；
[0005] 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】
[0006] 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。
[0007] 本发明提供一种基于液态金属天线的单向应力传感器，它包括有盒体，在盒体内 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，同轴馈线从盒体封装物中引出。
[0008] 微流道内的液态金属构成液态金属天线。
[0009] 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，在盒体面 板受到土体压力变形，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。
[0010] 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。
[0011] 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：
[0012] 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，/ = t/?/·^，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。
[0013] 接收装置通过液态金属天线频率的变化，推算出盒体表面受到的土压力，盒体外 壳受力F与变形量Δ L成正比，关系式如下：
[0014] F=KAL
[0015]式中，K为盒体的弹性系数，山为压力作用前的液态金属天线长度；12 为压力作用后的液态金属天线长度。
[0016] 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变形和压力。
[0017] 本发明提供的一种基于液态金属天线的单向应力传感器制备方法，包括以下步 骤：
[0018] (1)制备金属丝螺旋柱模具和圆柱形的空心模具；
[0019] (2)将金属丝螺旋柱模具放入圆柱形的空心模具内，并将金属丝螺旋柱模具紧贴 空心模具内壁粘接固定，在金属丝螺旋柱模具和空心模具内壁涂上脱模剂，然后填充胶状 有机聚合物溶液，待有机聚合物固化后，按螺旋方向旋转取出有机聚合物圆柱体，有机聚合 物圆柱体的柱面上得到一个螺旋形微流道凹槽；
[0020] (3)在有机聚合物圆柱体表面紧贴上一圈有机弹性薄膜，使微流道凹槽密封形成 螺旋形微流道；
[0021] (4)通过微流道一端开口向微流道内注入液态金属，微流道填充满液态金属后，将 微流道两端开口用薄膜密封，并在其中一端的薄膜上开孔；
[0022] (5)将同轴馈线接入到薄膜开孔；
[0023] (6)对开孔进行密封；
[0024] (7)将上述做好的含有螺旋形微流道的有机聚合物圆柱体放置到盒体里；
[0025] (8)往盒体里注入硅胶，盒体内填充硅胶后，将盒体密封。
[0026]本发明的传感器预埋在待检测的土体或岩体，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，引起微流道内的液态金属长度发生变化，避免了微型栗抽出管 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；另外， 充满液态金属的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，不易损坏，能长期使用。
[0027]所以本发明的优点是: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。
【附图说明】
[0028] 本