一種用于滑坡監(jiān)測的l型液態(tài)金屬天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于滑坡監(jiān)測的L型液態(tài)金屬天線，它包括有彈性殼體（2）、L型空心管（4）、微型泵（6）和饋電同軸線（3）以及接地片（5），彈性殼體（2）內(nèi)部裝滿液態(tài)金屬（1），L型空心管（4）設(shè)置在彈性殼體（2）頂部側(cè)邊，并連通彈性殼體（2）內(nèi)部，L型空心管（4）向上延伸，L型空心管（4）頂端安裝微型泵（6），從L型空心管（4）內(nèi)部位于液態(tài)金屬溢流口處有饋電同軸線（3）引出，溢流口處的液態(tài)金屬（1）與接地片（5）電連接。本發(fā)明的優(yōu)點是：電路抗干擾能夠強，自動化程度高，測量精度高，以及能夠?qū)崟r的遠程監(jiān)測滑坡的狀態(tài)變化。
【專利說明】一種用于滑坡監(jiān)測的L型液態(tài)金屬天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地質(zhì)災(zāi)害防控【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于滑坡監(jiān)測的L型液態(tài)金屬天線。
【背景技術(shù)】
[0002]我國屬地形地貌極為復(fù)雜的國家，也是一個多山的國家，尤其是我國西南地區(qū)以及東南沿海的福建、廣西、廣東和海南等地。在過去的幾百年里，發(fā)生過多起特大型滑坡事件。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，大量鐵路、公路、水利、礦山和城鎮(zhèn)等設(shè)施的修建，特別是丘陵和山區(qū)建設(shè)，人類工程活動中開挖和堆填的邊坡數(shù)量會越來越多，高度將越來越大。邊坡滑坡等地質(zhì)災(zāi)害給受災(zāi)區(qū)造成巨大地經(jīng)濟損失和重大的人員傷亡。對邊坡進行實時變形監(jiān)測，并根據(jù)長期的監(jiān)測結(jié)果做出合理的分析和安全預(yù)報，是保證滑坡地段安全的重要手段。
[0003]長期以來，滑坡等地質(zhì)災(zāi)害對工程設(shè)施的破壞以及由此而造成的損失十分巨大，因此，世界各國對滑坡等地質(zhì)災(zāi)害極為重視，該領(lǐng)域的專家學(xué)者在滑坡災(zāi)害的評估、預(yù)防、監(jiān)測、預(yù)測預(yù)報方面作了大量的工作，并取得了一系列有實際意義的研究成果。
[0004]我國的邊坡監(jiān)測技術(shù)正由過去的人工、皮尺等簡易工具的量測轉(zhuǎn)為儀器監(jiān)測，并向自動化、遠程的系統(tǒng)監(jiān)測方向發(fā)展。目前常用的主要監(jiān)測裝置有如下兩種:
第一種裝置是鉆孔測斜儀，它是一種測定鉆孔水平位移的原位監(jiān)測儀器，由測斜管、傳感器、數(shù)字式測讀儀三部分組成，其工作原理是通過擺錘受重力作用來測傳感器與鉛垂線之間的傾角，獲得鉆孔在整個深度范圍內(nèi)水平方向的位移，從而可以比較準(zhǔn)確地確定其變形的大小、方向和深度。但是其缺點是成本高、遠程監(jiān)控難等。
[0005]第二種裝置為應(yīng)變管監(jiān)測裝置，它將電阻應(yīng)變片黏貼于硬質(zhì)聚氯乙烯或金屬管上，埋入鉆孔，并在管外灌漿以監(jiān)測滑坡的地下位移和滑動面位置，其原理是:被測邊坡發(fā)生滑坡，埋在其內(nèi)的應(yīng)變管隨著滑坡的位移而變形，從而導(dǎo)致管上電阻應(yīng)變片的電阻值也跟著發(fā)生變化，據(jù)此可分析、計算地下位移量和滑動面的位置。但是由于監(jiān)測過程必須通電，使得這種應(yīng)變管的耐腐蝕性和抗干擾性較差，穩(wěn)定性也難以滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種用于滑坡監(jiān)測的L型液態(tài)金屬天線，它能夠?qū)崿F(xiàn)對滑坡的位移變形進行實時、遠程、高精度和強抗干擾地監(jiān)測。
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，它包括有彈性殼體、L型空心管、微型泵和饋電同軸線以及接地片，彈性殼體內(nèi)部裝滿液態(tài)金屬，L型空心管設(shè)置在彈性殼體頂部側(cè)邊，并連通彈性殼體內(nèi)部，L型空心管向上延伸，L型空心管頂端安裝微型泵，從L型空心管內(nèi)部位于液態(tài)金屬引流口處有饋電同軸線引出，引流口處的液態(tài)金屬與接地片電連接。
[0008]本發(fā)明通過彈性殼體受力，液態(tài)金屬受壓流動，然后由外部電路通過饋電同軸線給流入L型空心管的液態(tài)金屬進行饋電，接地片與液態(tài)金屬構(gòu)成單極子液態(tài)金屬天線，液態(tài)金屬天線進行工作，輻射電磁波，此時，只要外加微型無線電設(shè)備，便可監(jiān)測L型液態(tài)金屬天線輻射諧振頻率，從而能反過來分析L型液態(tài)金屬天線受力產(chǎn)生形變的關(guān)系，進而得到滑坡變形的狀態(tài)。
[0009]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:電路抗干擾能夠強，自動化程度高，測量精度高，以及能夠?qū)崟r的遠程監(jiān)測滑坡的狀態(tài)變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本發(fā)明的【專利附圖】

【附圖說明】如下:
圖1為本發(fā)明的L型液態(tài)金屬天線結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為當(dāng)￡4時，L型液態(tài)金屬天線的狀態(tài)圖；
圖3為當(dāng)WS時，L型液態(tài)金屬天線的狀態(tài)圖；
圖4為本發(fā)明的頻率測定的電路原理框圖。
[0011]圖1中:1.液態(tài)金屬；2.彈性殼體；3.饋電冋軸線；4.L型空心管；5.接地片；
6.微型泵。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
如圖1所示，本發(fā)明包括有彈性殼體2、L型空心管4、微型泵6和饋電同軸線3以及接地片5，彈性殼體2內(nèi)部裝滿液態(tài)金屬1，L型空心管4設(shè)置在彈性殼體2頂部側(cè)邊，并連通彈性殼體2內(nèi)部，L型空心管4向上延伸，L型空心管4頂端安裝微型泵6，從L型空心管4內(nèi)部位于液態(tài)金屬溢流口處由饋電同軸線3引出，溢流口處的液態(tài)金屬I與接地片5電連接。
[0013]彈性殼體2的材料選用硅膠或聚二甲基硅氧烷PDMS。液態(tài)金屬I采用鎵銦合金或者鎵銦錫合金，本發(fā)明選用鎵銦合金。鎵銦合金的優(yōu)點是:1)電氣性能良好，其電導(dǎo)率，滿足天線電氣要求；2)低粘度性，這是利用其制作天線達到分布均勻與完整性的前提；3)可氧化性，該金屬一旦接觸到空氣，就會立即被氧化形成氧化表層，阻止其流動，但內(nèi)部金屬仍保持了良好的柔韌性。鎵銦合金室溫下為液態(tài)，受外力驅(qū)動具有流動性。
[0014]彈性殼體2存在“受力”與“消力”兩個過程:
當(dāng)彈性殼體2 “受力”時，彈性殼體2受力擠壓，其中的液態(tài)金屬I流動至L型空心管4中，在微型泵6的作用下，液態(tài)金屬I最終達到平衡狀態(tài)。當(dāng)彈性殼體2 “消力”時，彈性殼體2受力減小或者消失，L型空心管4中的液態(tài)金屬在微型泵6的作用下，流回至彈性殼體2中，并且最終達到平衡狀態(tài)。當(dāng)彈性殼體2 “受力”時，L型空心管4中包含有液態(tài)金屬，此時接地片5與L型空心管4中的液態(tài)金屬構(gòu)成單極子天線，由外部電路通過饋電同軸線對L型空心管4中的液態(tài)金屬進行饋電，而不激勵彈性殼體2中的液態(tài)金屬，該L型液態(tài)金屬天線就可以輻射所需要的電磁波以利于頻率檢測和計算。
[0015]若采用空心直管，在豎向變形較大時，會與彈性殼體脫離，所以使用L型空心管，與彈性殼體連接可靠。
[0016]L型液態(tài)金屬天線自身頻率的改變有兩種情況:第一種情況，如圖2所示，當(dāng)Iil時，即被擠出的液態(tài)金屬占L型空心管4的長度Z不大
于L型空心管4的水平長度A的情況,4= +i7^[,其中ξ為彈性殼體內(nèi)的液態(tài)金屬等效相對
介電常數(shù)，即L與f成反比；
第二種情況，如圖3所示，當(dāng)HiiWS時，即被擠出的液態(tài)金屬的長度Z在L型空心管4的水平長度A與總長度之間的情況，通過大量仿真得出頻率f隨L變化關(guān)系是成反比
例的，具體表達式為其中為待定的系數(shù)，可以通過擬合大量的仿真數(shù)據(jù)得出。
[0017]通過測定L型空心管4天線頻率隨液態(tài)金屬長度L的變化，可直接判定彈性殼體2形變與受力之間的變化，即頻率、長度與受力三者間關(guān)系通過測定彈性殼體2的容積的大小，可以確定頻率變化最大范圍。
[0018]測試點的彈性殼體受力,與L型空心管內(nèi)的液態(tài)金屬長度￡的關(guān)系為
F=PgMl7L
其中#為液態(tài)金屬的密度，囂為重力加速度，Ir為圓周率，Ji為彈性殼體的截面半徑。
[0019]本發(fā)明的頻 率測定的電路原理:
如圖4所示，頻率測定電路由掃頻信號源、自動增益控制電路、帶通濾波器、信號發(fā)射電路、頻率計數(shù)電路、諧振檢波電路和幅值測量電路組成。掃頻信號源產(chǎn)生的電信號覆蓋L型液態(tài)金屬天線的頻段。
[0020]掃頻信號源產(chǎn)生頻率變化的正弦電信號；自動增益控制電路將一系列頻率的掃頻信號與幅值測量電路測得的電信號幅值相比較，將比較后的信號進行放大；帶通濾波器允許特定頻段的電信號通過；信號發(fā)射電路將特定頻段電信號轉(zhuǎn)化為電磁波信號，它含有諧振線圈和由饋電同軸線連接的L型液態(tài)金屬天線，該特定頻段電信號由L型液態(tài)金屬天線發(fā)射，并通過諧振線圈接收返回信號，返回信號與原電信號進行疊加；諧振檢波電路記憶信號峰值，檢測出峰值諧振點，以此作為中斷信號；當(dāng)特定頻段中某一頻率電信號與發(fā)生形變的L型液態(tài)金屬天線的自身頻率一致時，諧振線圈上獲得最大電信號，頻率計數(shù)電路精確地計量通過的最大電信號時的頻率，該頻率值就等于L型液態(tài)金屬天線的固有頻率值。幅值測量電路測得檢波電路中電信號的幅值，傳送給自動增益控制電路作為反饋信號。
【權(quán)利要求】
1.一種用于滑坡監(jiān)測的L型液態(tài)金屬天線，其特征是:包括有彈性殼體(2)、L型空心管(4)、微型泵(6)和饋電同軸線(3)以及接地片(5)，彈性殼體(2)內(nèi)部裝滿液態(tài)金屬(1)，L型空心管(4)設(shè)置在彈性殼體(2)頂部側(cè)邊，并連通彈性殼體(2)內(nèi)部，L型空心管(4)向上延伸，L型空心管(4)頂端安裝微型泵(6)，從L型空心管(4)內(nèi)部位于液態(tài)金屬溢流口處有饋電同軸線(3 )引出，溢流口處的液態(tài)金屬(I)與接地片(5 )電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于滑坡監(jiān)測的L型液態(tài)金屬天線，其特征是:液態(tài)金屬(I)為鎵銦合金或者鎵銦錫合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于滑坡監(jiān)測的L型液態(tài)金屬天線，其特征是:彈性殼體(2)的材料選用硅膠或聚二甲基硅氧烷。
【文檔編號】H01Q1/12GK104037495SQ201410293448
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】周小平, 李校林, 程浩 申請人:重慶大學(xué)