CN105675174A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN105675174A
CN105675174A CN201610051233.3A CN201610051233A CN105675174A CN 105675174 A CN105675174 A CN 105675174A CN 201610051233 A CN201610051233 A CN 201610051233A CN 105675174 A CN105675174 A CN 105675174A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid metal
fluid channel
organic polymer
box body
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610051233.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105675174B (zh
Inventor
周小平
肖睿胤
程浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN201610051233.3A priority Critical patent/CN105675174B/zh
Publication of CN105675174A publication Critical patent/CN105675174A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105675174B publication Critical patent/CN105675174B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

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。

Description

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
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CN104037495A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。
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。
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,εp是有机聚合物介电常数。
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ΔL成正比,关系式如下:
F=KΔL
式中,K为盒体的弹性系数,ΔL=l1-l2,l1为压力作用前的液态金属天线长度;l2为压力作用后的液态金属天线长度。
由此,依据f-l-ΔL-F的相互关系能够测得待测岩体或土体的变形和压力。
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:
(1)制备金属丝螺旋柱模具和圆柱形的空心模具;
(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;
(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;
(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;
(5)将同轴馈线接入到薄膜开孔;
(6)对开孔进行密封;
(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;
(8)往盒体里注入硅胶,盒体内填充硅胶后,将盒体密封。
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,避免了微型泵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。
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
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为本发明的金属丝螺旋柱模具的外形结构示意图;
图4为本发明的有机聚合物圆柱体的结构示意图。
图中:1.同轴馈线;2.盒体;3.盒体封装物;4.微流道;5.有机聚合物圆柱体;6.有机弹性薄膜;7.填充材料;8.金属丝螺旋柱模具。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
如图1和图2所示,本发明的基于液态金属天线的单向应力传感器,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距离,盒体2内部充满填充材料7;
如图1和图4所示,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。
本实施例中,盒体内部的填充材料7选用硅胶,微流道4采用螺旋形微流道,液态金属选用3:1的镓铟合金。盒体受力面为是可变形的钢膜、非受力面为不变形的钢板。
螺旋形微流道4内注满液态金属,外部电路通过接入的同轴馈线1给液态金属馈电,螺旋形微流道4内的液态金属构成液态金属天线,辐射出电磁波。当盒体2受到外部压力时,盒体受压面板变形,盒体内的有机聚合物圆柱体5变形,螺旋形微流道4内的液态金属也跟着压缩变形。此时,只要外加接收装置就可以接收到频率的变化,便可以反过来分析频率变化与受力的关系,进而远程监测出压力的变化。
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:
(1)如图3所示,制备金属丝螺旋柱模具8,并制备一个圆柱形的空心模具;
(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;
(3)如图4所示,在有机聚合物圆柱体5表面紧贴上一圈有机弹性薄膜6,使微流道凹槽密封形成螺旋形微流道4;
(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;
(5)将同轴馈线接入到薄膜开孔;
(6)对开孔进行密封;
(7)将上述做好的含有螺旋形微流道的有机聚合物圆柱体5放置到盒体2里;
(8)如图2所示,往盒体里注入填充材料7,填充材料7选用硅胶,盒体内填充满硅胶后,用盒体封装物3将盒体顶部密封。
本发明的液态金属天线频率测定的电路原理与CN104037495A公开的用于滑坡监测的L型液态金属天线相同。

Claims (3)

1.一种基于液态金属天线的单向应力传感器,包括有盒体(2),其特征是: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。
2.根据权利要求1所述的基于液态金属天线的单向应力传感器,其特征是:所述微流道(4)为螺旋形微流道,所述填充材料(7)为硅胶。
3.一种权利要求2所述的基于液态金属天线的单向应力传感器的制备方法,其特征是:包括以下步骤:
步骤1、制备金属丝螺旋柱模具和圆柱形的空心模具;
步骤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;
步骤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;
步骤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;
步骤5、将同轴馈线接入到薄膜开孔;
步骤6、对开孔进行密封;
步骤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;
步骤8、往盒体里注入硅胶,盒体内填充硅胶后,将盒体密封。
CN201610051233.3A 2016-01-26 2016-01-26 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 Active CN105675174B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610051233.3A CN105675174B (zh) 2016-01-26 2016-01-26 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610051233.3A CN105675174B (zh) 2016-01-26 2016-01-26 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105675174A true CN105675174A (zh) 2016-06-15
CN105675174B CN105675174B (zh) 2018-08-03

Family

ID=56302608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610051233.3A Active CN105675174B (zh) 2016-01-26 2016-01-26 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105675174B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108507455A (zh) * 2018-05-23 2018-09-07 浙江大学 一种多功能柔性传感器、制作方法及应用
CN110292351A (zh) * 2019-07-12 2019-10-01 华中科技大学 基于微流体电子的变电感式隐形眼镜眼压传感器及其制备
CN110388997A (zh) * 2018-04-20 2019-10-29 中国科学院理化技术研究所 一种复合液态金属电极的柔性压力传感器
CN111238700A (zh) * 2020-03-12 2020-06-05 重庆大学 一种基于圆极化液态金属天线的三向应力传感器
CN111238701A (zh) * 2020-03-12 2020-06-05 重庆大学 一种基于圆极化液态金属天线的单向应力传感器
CN112880547A (zh) * 2021-01-14 2021-06-01 华中科技大学 一种基于液态金属的触觉传感器、阵列及其制备方法
CN113629386A (zh) * 2021-07-28 2021-11-09 中国科学院理化技术研究所 液态金属天线及其控制系统、方法
CN113899300A (zh) * 2020-07-06 2022-01-07 哈尔滨工业大学(深圳) 一种高灵敏度的液态金属应变传感器及智能装置
CN114370959A (zh) * 2021-12-17 2022-04-19 鹏城实验室 液态金属柔性压力触觉和应变传感器
CN117988908A (zh) * 2024-04-03 2024-05-07 武汉大学 一种基于液态金属的分级预警锚杆及预警方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4602215A (en) * 1983-05-16 1986-07-22 Tematicheskaya Expeditsia Proizvodstvennogo Obiedinenia "Ukrulegeologia" Electromagnetic field method of detecting contemporary geodynamic movements in massif
CN1274420A (zh) * 1997-10-09 2000-11-22 黑尼仪器股份有限公司 力传感器
US20120229623A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 How-Jung Hsieh Pendulum-type landslide monitoring system
CN102998029A (zh) * 2012-11-07 2013-03-27 中国地质大学(武汉) 一种滑坡演化过程物理模型多场信息监测方法
CN103278842A (zh) * 2013-05-23 2013-09-04 朱江 一种基于地源超声波监测和分析的地震预报预警系统
CN104037495A (zh) * 2014-06-27 2014-09-10 重庆大学 一种用于滑坡监测的l型液态金属天线
CN104048640A (zh) * 2014-06-27 2014-09-17 重庆大学 一种基于l型液态金属天线的滑坡灾变智能监测方法
CN104897330A (zh) * 2015-06-17 2015-09-09 成都理工大学 基于静压变形的膜结构预张力测量仪器及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4602215A (en) * 1983-05-16 1986-07-22 Tematicheskaya Expeditsia Proizvodstvennogo Obiedinenia "Ukrulegeologia" Electromagnetic field method of detecting contemporary geodynamic movements in massif
CN1274420A (zh) * 1997-10-09 2000-11-22 黑尼仪器股份有限公司 力传感器
US20120229623A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 How-Jung Hsieh Pendulum-type landslide monitoring system
CN102998029A (zh) * 2012-11-07 2013-03-27 中国地质大学(武汉) 一种滑坡演化过程物理模型多场信息监测方法
CN103278842A (zh) * 2013-05-23 2013-09-04 朱江 一种基于地源超声波监测和分析的地震预报预警系统
CN104037495A (zh) * 2014-06-27 2014-09-10 重庆大学 一种用于滑坡监测的l型液态金属天线
CN104048640A (zh) * 2014-06-27 2014-09-17 重庆大学 一种基于l型液态金属天线的滑坡灾变智能监测方法
CN104897330A (zh) * 2015-06-17 2015-09-09 成都理工大学 基于静压变形的膜结构预张力测量仪器及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
夏林艳,李校林,田海燕: "《基于液态金属的频率可重构天线新设计》", 《电子元件与材料》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110388997A (zh) * 2018-04-20 2019-10-29 中国科学院理化技术研究所 一种复合液态金属电极的柔性压力传感器
CN108507455A (zh) * 2018-05-23 2018-09-07 浙江大学 一种多功能柔性传感器、制作方法及应用
CN110292351A (zh) * 2019-07-12 2019-10-01 华中科技大学 基于微流体电子的变电感式隐形眼镜眼压传感器及其制备
CN111238700A (zh) * 2020-03-12 2020-06-05 重庆大学 一种基于圆极化液态金属天线的三向应力传感器
CN111238701A (zh) * 2020-03-12 2020-06-05 重庆大学 一种基于圆极化液态金属天线的单向应力传感器
CN113899300A (zh) * 2020-07-06 2022-01-07 哈尔滨工业大学(深圳) 一种高灵敏度的液态金属应变传感器及智能装置
CN112880547B (zh) * 2021-01-14 2022-05-20 华中科技大学 一种基于液态金属的触觉传感器、阵列及其制备方法
CN112880547A (zh) * 2021-01-14 2021-06-01 华中科技大学 一种基于液态金属的触觉传感器、阵列及其制备方法
CN113629386A (zh) * 2021-07-28 2021-11-09 中国科学院理化技术研究所 液态金属天线及其控制系统、方法
CN113629386B (zh) * 2021-07-28 2024-04-26 中国科学院理化技术研究所 液态金属天线及其控制系统、方法
CN114370959A (zh) * 2021-12-17 2022-04-19 鹏城实验室 液态金属柔性压力触觉和应变传感器
CN117988908A (zh) * 2024-04-03 2024-05-07 武汉大学 一种基于液态金属的分级预警锚杆及预警方法
CN117988908B (zh) * 2024-04-03 2024-06-11 武汉大学 一种基于液态金属的分级预警锚杆及预警方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105675174B (zh) 2018-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105675174A (zh) 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
CN108060903B (zh) 煤层瓦斯压力测量动态自平衡加压封孔装置及方法
US10914164B2 (en) High-efficiency pre-drilling pressure meter test apparatus and method for deep rock mass
CN104594350A (zh) 一种孔压反力钢管桩拔桩方法及其拔桩装置
CN105675179B (zh) 一种具有液态金属天线的三向应力传感器
CN108332706B (zh) 一种用于钻孔应变测量的井下双套筒探头
CN102155985A (zh) 水听器高静水压声压灵敏度测试装置
AU2015101608A4 (en) Rock acoustic wave detection transducer
CN105547560B (zh) 一种基于液态金属天线单向应力传感器的滑面推力远程检测方法
CN105628279B (zh) 一种正十二面体的三向压力传感器
CN104697710B (zh) 一种以颗粒性固体为介质的压力传感器标定装置
CN103674347B (zh) 一种中空柔弹性感应体钻孔应力传感器及检测方法
CN205879259U (zh) 一种两相流测量装置
CN205102959U (zh) 一种水下拉力测量装置
CN202002757U (zh) 一种冲气式双膜防水压力盒
CN105203246B (zh) 一种抗压型壁面压力传感器
CN207894454U (zh) 一种同时测量水压、温度、采动应力的装置
CN204575041U (zh) 一种锚索式顶板离层指示仪
CN105675180A (zh) 基于压电元件的可重构液态金属天线单向应力传感器
CN103267555A (zh) 一种压力式水位测量方法及装置
CN104078795A (zh) 地震监测设备井下密封连接装置及其装配方法
CN102998047A (zh) 一种表盘刻度带萤光指示的径向波纹管隔膜防冻压力表
CN101726386A (zh) 带过载保护的压力、绝压传感器
CN205317397U (zh) 一种活塞感应可放大式Hart总线测量仪器
CN203178026U (zh) 一种光纤光栅液压传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant