專利名稱：道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及的是一種道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術(shù)。
背景技術(shù)：
道路通常都裸露于自然界中，既受到車輛荷載作用，也直接受外界環(huán)境因素如溫度、光照、雨雪等的影響。國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展帶來交通運輸量的迅速增長，導(dǎo)致很多道路結(jié)構(gòu)因為超限超載的反復(fù)、長期疲勞累積效應(yīng)及環(huán)境因素等作用而出現(xiàn)不同規(guī)模和不同程度的損傷，嚴重影響道路結(jié)構(gòu)的使用性能，因此，有必要對道路結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)進行監(jiān)測，以便對其進行及時維修和養(yǎng)護。目前道路結(jié)構(gòu)常規(guī)的檢測技術(shù)主要有人工巡檢技術(shù)、鉆心取樣技術(shù)、超聲波技術(shù)、紅外圖像技術(shù)、頻譜分析技術(shù)、雷達技術(shù)等，但它們都停留在檢測技術(shù)層面，且檢測時間和周期長、實時監(jiān)測性能差、精度低。光纖傳感技術(shù)因具有抗電磁干擾、耐腐蝕、高靈敏度、絕對測量等優(yōu)點，在土木、交通、海洋等工程領(lǐng)域得到了應(yīng)用。當前，有部分學(xué)者將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用于道路結(jié)構(gòu)的測試。大連理工大學(xué)歐進萍、周智等人研制開發(fā)了玻璃纖維增強樹脂光纖光柵三向應(yīng)變傳感器，并將其應(yīng)用到山東泰萊高速公路中；山東大學(xué)姚占勇采用鋼片封裝的光纖光柵傳感器對道路結(jié)構(gòu)進行了應(yīng)力測試，試驗驗證了光纖光柵傳感器用于路面結(jié)構(gòu)測試的有效性。然而道路結(jié)構(gòu)屬于超長距離線性工程，其損傷具有隨機性強、覆蓋面廣的特點，局部單點光纖光柵傳感器難以滿足道路結(jié)構(gòu)全尺度測試的要求。全尺度分布式光纖布里淵傳感技術(shù)具有在一根普通單模光纖上實現(xiàn)光纖沿線應(yīng)力場和溫度場時間和空間上的連續(xù)監(jiān)測。南京大學(xué)施斌采用布里淵分布式光纖傳感技術(shù)對連續(xù)配筋的混凝土路面內(nèi)鋼筋與混凝土間粘結(jié)應(yīng)力進行了監(jiān)測；東南大學(xué)宋世偉等采用分布式光纖傳感器埋入連續(xù)配筋混凝土路面的復(fù)合筋中，實現(xiàn)了道路結(jié)構(gòu)配筋層的分布式測試。 但他們沒有考慮將分布式光纖測試技術(shù)用于道路結(jié)構(gòu)的多層介質(zhì)的監(jiān)測。此外，考慮到布里淵傳感技術(shù)存在空間分辨率低，測試精度不高的問題，周智等融合光纖光柵和光纖布里淵的優(yōu)點，提出了光纖光柵和光纖布里淵共線的測試技術(shù)。本發(fā)明擬采用光纖傳感技術(shù)，利用其長距離測試、準分布及精度較高等優(yōu)越性能，對道路結(jié)構(gòu)的多層介質(zhì)進行局部精細監(jiān)測和全尺度較高精度的監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術(shù)，解決道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)全尺度監(jiān)測的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術(shù)，利用局部刻有光纖光柵的分布式光纖作為道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)全尺度測試的傳感元件，通過光開關(guān)建立傳感探頭與光纖光柵解調(diào)儀和分布式光纖解調(diào)儀間的信號傳遞樞紐，對道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)進行局部高精度、全尺度較高精度的監(jiān)測。其中，分布式光纖沿跨度和深度方向以不小于2cm的彎曲半徑分布在道路結(jié)構(gòu)的全尺度上；局部光纖光柵則以分布式光纖為依托，以固定間距有規(guī)律地離散在道路結(jié)構(gòu)的跨度和深度方向。本發(fā)明包含的特征技術(shù)①所述的道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度監(jiān)測是指覆蓋道路結(jié)構(gòu)深度方向和跨度方向的分布式光纖監(jiān)測技術(shù)；②所述的分布式光纖是考慮彎曲損耗而以彎曲半徑不小于2cm的弧度布設(shè)在道路結(jié)構(gòu)的全尺度上；③所述的以分布式光纖為依托的光纖光柵是沿道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部點的三向分別布置的，其結(jié)構(gòu)形式呈應(yīng)變花狀；④所述的光纖傳感元件是經(jīng)過性能穩(wěn)定且耐久性的材料進行封裝保護后埋設(shè)在道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部的；⑤所述的多層介質(zhì)是道路結(jié)構(gòu)自上向下是由不同介質(zhì)組成的多層體系；⑥所述的道路結(jié)構(gòu)多介質(zhì)層全尺度監(jiān)測的光纖傳感系統(tǒng)測試時，在道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)內(nèi)全尺度分布的光纖光柵與光纖通過傳感探頭將分布式信號和局部信號經(jīng)光開關(guān)分別傳輸給分布式光纖解調(diào)儀和光纖光柵解調(diào)儀，信號在共線傳輸后被分別解調(diào)。本發(fā)明的效果和益處是應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，對道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的進行狀態(tài)測試，可達到局部位置高精度的測試和全尺度較高精度的測試效果，且可實現(xiàn)道路結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)測和長期健康監(jiān)測。此外，本發(fā)明技術(shù)思路清晰、方法可行且集成的系統(tǒng)成本較低，易于在道路結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測領(lǐng)域推廣應(yīng)用，使得道路結(jié)構(gòu)被更加合理高效地利用。


附圖1是基于道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)全尺度監(jiān)測的光纖傳感系統(tǒng)示意圖。附圖2是局部光纖光柵布設(shè)工藝示意圖。圖中1分布式光纖解調(diào)儀；2關(guān)開關(guān)；3光纖光柵解調(diào)儀；4光纖光柵；5分布式光纖；6道路結(jié)構(gòu)的面層；7道路結(jié)構(gòu)的基層；8道路結(jié)構(gòu)的底基層；9道路結(jié)構(gòu)的地基；10豎向光纖光柵；U縱向光纖光柵；12橫向光纖光柵。
具體實施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。采用道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)全尺度光纖監(jiān)測技術(shù)的傳感系統(tǒng)如附圖1所示，利用光線傳感技術(shù)，對道路結(jié)構(gòu)的多層介質(zhì)進行全尺度的光纖監(jiān)測，其主要涵括五部分1分布式光纖解調(diào)儀，2關(guān)開關(guān)3光纖光柵解調(diào)儀，4光纖光柵和5分布式光纖等。其中，4光纖光柵分布在5分布式光纖的局部位置，兩者的共線傳感探頭通過2光開關(guān)與3光纖光柵解調(diào)儀和 1分布式光纖解調(diào)儀連接?；诘缆方Y(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術(shù)的測試方法如下首先，當4光纖光柵和5分布式光纖按照附圖1所示的形狀布置在道路結(jié)構(gòu)的多層介質(zhì)中后，利用共線傳感探頭的引出線與2關(guān)開關(guān)相連，并通過2光開關(guān)引出2條光路分別連接到3光纖光柵解調(diào)儀和1分布式光纖解調(diào)儀。其次，進行光路校核，以避免光路中斷路現(xiàn)象的發(fā)生。當線路都保持通路以后，開始測試4光纖光柵和分布式光纖在感受路面荷載后，會產(chǎn)生光信號，由其共線傳感探頭傳遞給2光開關(guān)；2光開光將所接受的光信號進行分路傳遞給3光纖光柵解調(diào)儀和1分布式光纖解調(diào)，其各自將分別解調(diào)出局部信號和分布式信號；后將解調(diào)儀解調(diào)后的信息輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，即可得到測試的數(shù)據(jù)結(jié)果。整個測試過程即完成。
權(quán)利要求
1.一種道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術(shù)，其特征是利用分布式光纖(5)傳感技術(shù)，對多層介質(zhì)的道路結(jié)構(gòu)進行較高精度的全尺度監(jiān)測；利用局部光纖光柵(4)傳感技術(shù)，對道路結(jié)構(gòu)的多層介質(zhì)進行高精度的局部監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術(shù)，其特征是 將刻有局部光纖光柵(4)的分布式光纖(5)以彎曲不小于2cm布設(shè)在道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度上；以分布式光纖(5)為依托的光纖光柵(4)是沿道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部測點的豎向、縱向、 橫向三方向分別布置的，其結(jié)構(gòu)形式呈應(yīng)變花狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術(shù)，其特征是 道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度監(jiān)測是指覆蓋道路結(jié)構(gòu)深度方向和跨度方向的分布式光纖監(jiān)測技術(shù)。
全文摘要
一種道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術(shù)，屬于結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。其特征是利用局部刻有光纖光柵的分布式光纖以彎曲半徑不小于2cm的弧度沿道路結(jié)構(gòu)多層介質(zhì)全尺度地布設(shè)，作為傳感元件，對道路結(jié)構(gòu)的多層介質(zhì)進行局部高精度、全尺度較高精度的監(jiān)測。本發(fā)明的效果和益處是可達到局部位置高精度的測試和全尺度較高精度的測試效果，且可實現(xiàn)道路結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)測和長期健康監(jiān)測。此外，本發(fā)明技術(shù)思路清晰、方法可行且集成的系統(tǒng)成本較低，易于在道路結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測領(lǐng)域推廣應(yīng)用，使得道路結(jié)構(gòu)被更加合理高效地利用。
文檔編號E01F11/00GK102175367SQ20111005677
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者何建平, 劉婉秋, 周智, 王花平, 黃明華 申請人:大連理工大學(xué)