一種正十二面體的三向壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖±工程壓力測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種Ξ向壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] ±木工程中巖±體或混凝±體的Ξ向應(yīng)力測(cè)試是工程中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，是對(duì) 工程安全設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。尤其是能夠準(zhǔn)確測(cè)出Ξ向應(yīng)力狀態(tài)并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，對(duì) 于±木工程、水利工程、交通工程等基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目具有基礎(chǔ)性的重要作用。
[0003] 目前，±木工程應(yīng)力測(cè)試領(lǐng)域中現(xiàn)有的壓力測(cè)試裝置大多數(shù)只能測(cè)試一個(gè)方向的 壓力，只有少數(shù)壓力測(cè)試裝置能夠測(cè)試Ξ向應(yīng)力狀態(tài)，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102620870A、 CN104075944A公開了幾種Ξ向壓力測(cè)試裝置，各有特色。但綜合比較后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的Ξ向壓 力測(cè)試裝置存在幾個(gè)問(wèn)題：1、現(xiàn)有的Ξ向壓力測(cè)試裝置主要都是基于傳感式或振弦式±壓 力盒，該類測(cè)試裝置精度不夠高，易受電磁干擾，量程不夠大，長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差;2、現(xiàn)有的Ξ 向壓力測(cè)試裝置都是有線傳遞測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試深度不夠深，不能遠(yuǎn)程測(cè)試;3、現(xiàn)有的Ξ向壓 力測(cè)試裝置都不能長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè);4、現(xiàn)有的Ξ向壓力測(cè)試裝置，是用兩個(gè)相同儀器不 同角度來(lái)得到六個(gè)分量，操作復(fù)雜，角度把控不準(zhǔn)，使得測(cè)試精度不高。
[0004] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 104037495 A于2014年9月10日公開了一種用于滑坡監(jiān)測(cè)的L型 液態(tài)金屬天線，它包括有彈性殼體、L型空屯、管、微型累和饋電同軸線W及接地片，彈性殼體 內(nèi)部裝滿液態(tài)金屬，L型空屯、管設(shè)置在彈性殼體頂部側(cè)邊，并連通彈性殼體內(nèi)部，L型空屯、管 向上延伸，L型空屯、管頂端安裝微型累，從L型空屯、管內(nèi)部位于液態(tài)金屬溢流口處有饋電同 軸線引出，溢流口處的液態(tài)金屬與接地片電連接。該專利能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)滑坡的 狀態(tài)變化，但是，該裝置存在W下問(wèn)題：
[0005] 1)、該專利只能測(cè)試一個(gè)方向壓力，不能測(cè)試Ξ向壓力；
[0006] 2)、由于L型空屯、管頂端安裝微型累，該微型累用于對(duì)L型空屯、管抽空氣，W維持L 型空屯、管氣壓平衡，因?yàn)長(zhǎng)型空屯、管內(nèi)的氣壓值無(wú)法檢測(cè)并保持恒定，導(dǎo)致與氣壓值相關(guān)的 液態(tài)金屬流動(dòng)受到微型累控制，所WL型空屯、管的液態(tài)金屬長(zhǎng)短不能真實(shí)反映彈性殼體的 受力變形，導(dǎo)致滑坡位移變形的監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤；
[0007] 3)、L型空屯、管設(shè)置在彈性殼體頂部側(cè)邊，細(xì)長(zhǎng)的L型空屯、管強(qiáng)度較低，在與彈性殼 體連接處的強(qiáng)度很薄弱，在實(shí)際使用中容易折斷和損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種正十二面體 的Ξ向壓力傳感器，它能夠?qū)崟r(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)Ξ向壓力，并能提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，可靠性。
[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)運(yùn)樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括有盒體，盒體 為十二面體，盒體相鄰的六個(gè)面為受力面，在每個(gè)受力面與其相對(duì)面之間各夾裝有兩個(gè)有 機(jī)聚合物圓柱體，有機(jī)聚合物圓柱體上具有螺旋形微流道，螺旋形微流道內(nèi)充滿液態(tài)金屬， 螺旋形微流道內(nèi)的液態(tài)金屬通過(guò)同軸饋線饋電。
[0010] 微流道內(nèi)的液態(tài)金屬構(gòu)成液態(tài)金屬天線。兩個(gè)有機(jī)聚合物圓柱體上的液態(tài)金屬天 線同時(shí)接入同軸饋線進(jìn)行饋電，形成天線中的對(duì)稱振子。
[0011] 本發(fā)明的工作原理是:將本發(fā)明埋設(shè)于巖體中或±中后，盒體六個(gè)受力面開始受 到擠壓，盒體的受力面受到壓力作用，并產(chǎn)生形變。受力面受到的應(yīng)變傳遞給兩個(gè)可壓縮的 有機(jī)聚合物圓柱體，有機(jī)聚合物圓柱體被壓縮，導(dǎo)致有機(jī)聚合物圓柱體內(nèi)的螺旋形微流道 產(chǎn)生縱向及橫向變形。通過(guò)同軸饋線饋電后的液態(tài)金屬在變形后，接收裝置接收的頻率在 發(fā)生變化。
[0012] 通過(guò)接收裝置接收到頻率的變化從而推算出裝置受到的±壓力，盒體外殼所受力 F與變形量Δ L成正比，關(guān)系式如下：
[0013] F=KAL
[0014] 式中，K為盒體的彈性系數(shù)，AL=h-l2，h為壓力作用前的液態(tài)金屬天線長(zhǎng)度；12 為壓力作用后的液態(tài)金屬天線長(zhǎng)度。
[0015] 根據(jù)"基于液態(tài)金屬的頻率可重構(gòu)天線研究與設(shè)計(jì)"，夏林艷，重慶郵電大學(xué)碩± 學(xué)位論文，第30頁(yè)，記載了液態(tài)金屬天線的頻率與天線長(zhǎng)度的關(guān)系。
[0016] 液態(tài)金屬天線的頻率f與液態(tài)金屬的長(zhǎng)度1成反比例關(guān)系，./' = c/u/^;^其中C是 光速，a是1與波長(zhǎng)間的關(guān)系系數(shù)，ερ是有機(jī)聚合物介電常數(shù)。
[0017] 由此，依據(jù)f-^AL-F的相互關(guān)系能夠測(cè)得待測(cè)巖體或±體的Ξ向應(yīng)力狀態(tài)。
[0018] 本發(fā)明在Ξ向受力的情況下，有機(jī)聚合物圓柱體中液態(tài)金屬螺旋形微流道的變 形，使液態(tài)金屬天線頻率發(fā)生變化，通過(guò)天線頻率接收裝置測(cè)得±體或巖體的壓力，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程監(jiān)測(cè)及測(cè)量±體或巖體的壓力情況。由于巖±壓力通過(guò)盒體面板直接作用在有機(jī)聚合物 圓柱體上，引起螺旋形微流道內(nèi)的液態(tài)金屬長(zhǎng)度發(fā)生變化，避免了 L型液態(tài)金屬天線的微型 累抽出管道空氣所引起的液態(tài)金屬流動(dòng)變形，液態(tài)金屬天線的變化能真實(shí)反映盒體受力 變形，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。另外，充滿液態(tài)金屬的螺旋形微流道開設(shè)在聚合物圓柱體的柱 面上，液態(tài)金屬天線依附在聚合物圓柱體上，且安裝在盒體內(nèi)，其強(qiáng)度為盒體整體的強(qiáng)度， 提高了檢測(cè)的可靠性。同時(shí)盒體為十二面體，一次可測(cè)量六個(gè)不同方向的分量，操作簡(jiǎn)便，
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:能夠一次測(cè)量得到的六個(gè)應(yīng)力分量，不用調(diào)節(jié) 角度來(lái)得到六個(gè)分量，操作簡(jiǎn)便，并提高了測(cè)量精度;能夠?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)Ξ向壓力，提高了 檢測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 本發(fā)明的【附圖說(shuō)明】如下：
[0021 ]圖1為本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明的有機(jī)聚合物圓柱體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明的金屬絲螺旋柱模具的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明的頻率測(cè)定的電路原理框圖；
[0025] 圖5為應(yīng)用本發(fā)明對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)圖。
[0026] 圖中：1.盒體;2 .受力面;3.有機(jī)聚合物圓柱體;4.同軸饋線;5 .螺旋形微流道;6. 金屬絲螺旋柱模具;7.有機(jī)彈性薄膜。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0028] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括有盒體1，盒體1為十二面體，盒體相鄰的六個(gè)面為受 力面2,在每個(gè)受力面2與其相對(duì)面之間各夾裝有兩個(gè)有機(jī)聚合物圓柱體3,有機(jī)聚合物圓柱 體3上具有螺旋形微流道5，螺旋形微流道5內(nèi)充滿液態(tài)金屬，螺旋形微流道5內(nèi)的液態(tài)金屬 通過(guò)同軸饋線4饋電。
[0029] 液態(tài)金屬選用3:1的嫁銅合金，盒體內(nèi)部填充硅膠。盒體受力面為可變形的鋼膜、