專利名稱：適合道路結(jié)構(gòu)全尺度監(jiān)測的鎧裝光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)智能監(jiān)控監(jiān)測領(lǐng)域，涉及到的是一種適合道路結(jié)構(gòu)全尺度監(jiān)測的光纖封裝和傳感技術(shù)。
背景技術(shù)：
國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，推動(dòng)了公路分布范圍和里程數(shù)量的急劇增長，而自然災(zāi)害、人為作用及地域氣候的影響，導(dǎo)致了大批量路段在遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其服役壽命之前便退出了工作。經(jīng)典計(jì)算理論中的理想假設(shè)帶來的局限性，使得運(yùn)營中的道路結(jié)構(gòu)性能唯有通過檢測技術(shù)獲取。當(dāng)前較常用的人工巡檢、鉆芯取樣等傳統(tǒng)方法則有檢測效率低、準(zhǔn)確性差、范圍窄的突出缺陷，而較現(xiàn)代的頻譜分析、探地雷達(dá)、全息成像等技術(shù)則受環(huán)境氣候影響大、成本高，且不具實(shí)時(shí)和長期監(jiān)測能力。光纖傳感技術(shù)，作為近年來發(fā)展最快的檢測手段，則有幾何形狀多方適應(yīng)性、耐腐蝕、抗電磁干擾、高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、海洋平臺、土木工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。以下公開文獻(xiàn)也介紹了用于道路結(jié)構(gòu)測試而開發(fā)的光纖傳感器防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)25(2005) 14-19將分布式光纖布設(shè)在鋼筋表面測出連續(xù)配筋混凝土路面成型過程中的應(yīng)變規(guī)律，然其測試范圍受限；公開文獻(xiàn)采用纖維增強(qiáng)樹脂封裝FBG(FRP-FBG)測試分層浙青路面結(jié)構(gòu)(王赫喆，碩士論文)，然其成活率有待提升；公開文獻(xiàn)東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)38(2008) 799-803將套管封裝分布式光纖埋設(shè)在浙青路面中進(jìn)行裂縫監(jiān)測，然其靈敏度及量程有待改進(jìn)；公開文獻(xiàn)采用熱塑性樹脂封裝FBG(PP-FBG)做浙青路面的應(yīng)變監(jiān)測(王川，博士論文)，然其測量精度有待提高；公開文獻(xiàn)工業(yè)建筑(2009)305-308將含分布式光纖玄武巖纖維筋用于混凝土和浙青路面監(jiān)測，然其測試受工藝限制；公開文獻(xiàn)長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)31(2011) 17-21采用鋼條封裝FBG進(jìn)行浙青混凝土測試，但其協(xié)同變形問題較突出。即光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于道路結(jié)構(gòu)，依然存在成活率、測試精度和范圍、協(xié)同變形等問題。因此，在前述研究成果基礎(chǔ)上，提出了一種成活率高、可進(jìn)行分布式較高精度和局部高精度測試、耐久性好、工藝簡單及成本較低的鎧裝光纖傳感器，能抵抗道路施工的惡劣環(huán)境，且具備大應(yīng)變監(jiān)測功能，適合于在層狀道路結(jié)構(gòu)體系的健康監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種成活率高、量程可調(diào)、同步實(shí)現(xiàn)大尺度和局部測試的鎧裝光纖傳感器，解決了光纖在道路施工、運(yùn)營過程中易被損毀、測試范圍及量程受限等應(yīng)用問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種適合道路結(jié)構(gòu)全尺度監(jiān)測的鎧裝光纖傳感器，包括大尺度測試的鎧裝光纖傳感器和局部測試的FBG傳感器兩種前者的傳感元件采用光纖，鎧裝線作為光纖的保護(hù)管，鎧裝線兩端通過橡膠分別與端部擴(kuò)徑的兩夾持塊連接；后者的傳感元件采用FBG，鎧裝線作為FBG傳感器的保護(hù)管，F(xiàn)BG兩端分別與微型彈簧固結(jié)，兩端的微型彈簧則分別與端部擴(kuò)徑的兩夾持塊固結(jié)，鎧裝線兩端通過橡膠分別與兩夾持塊連接。上述兩種傳感器中，兩夾持塊的距離即為傳感器的測試標(biāo)距，兩夾持塊外側(cè)(即標(biāo)距范圍外)的傳輸光纖的保護(hù)層也是鎧裝線，其同樣采用橡膠與夾持塊連接。所述的鎧裝線是耐高溫250°C以上、具一定剛度的空心線，其外圍直徑約為1cm，其長度略小于測試標(biāo)距。所述的微型彈簧是指總長約為6cm，外徑為0. 4cm的彈簧。所述的橡膠是指在施加外力時(shí)能發(fā)生大形變、外力除去后變形可恢復(fù)的彈性體，可選用聚丁二烯橡膠。所述的夾持塊是指能較好夾持住光纖的、截面積約為鎧裝線四倍的硬質(zhì)材料，可用金屬或硬塑料。所述的結(jié)構(gòu)測試量程的提升是指微型彈簧的串入將分擔(dān)部分FBG感知的應(yīng)變，從而實(shí)現(xiàn)其量程的擴(kuò)大。 所述的測試標(biāo)距指兩夾持塊之間的距離。運(yùn)行時(shí)，由兩夾持塊間的距離變化使光纖和FBG感受應(yīng)變，數(shù)據(jù)通過兩夾持塊外側(cè)的自由光纖傳輸?shù)焦饫w解調(diào)儀。其中，微型彈簧的串入，等效于降低了標(biāo)距內(nèi)傳感元件的彈性模量，對道路結(jié)構(gòu)的變形反作用也將減小，從而實(shí)現(xiàn)提高局部高精度測試量程的功能。本發(fā)明提供的傳感器可在道路材料攤鋪前的相應(yīng)層位布設(shè)，直接參與路面結(jié)構(gòu)碾壓。本發(fā)明的效果和益處是能極大地提高光纖和FBG在道路結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的成活率，可同步實(shí)現(xiàn)大尺度較高精度和局部高精度的測試；能很好地調(diào)節(jié)傳感元件的測試量程，可適應(yīng)道路結(jié)構(gòu)鋪設(shè)過程中碾壓造成的大變形、高應(yīng)力，亦能實(shí)現(xiàn)道路結(jié)構(gòu)長久穩(wěn)定變形的測量。


附圖I是基于道路結(jié)構(gòu)全尺度監(jiān)測的鎧裝光纖傳感系統(tǒng)圖。附圖2是基于道路結(jié)構(gòu)局部高精度監(jiān)測的鎧裝光纖傳感系統(tǒng)圖。圖中1分布式光纖；2銷裝線；3橡I父；4夾持塊；5微型彈黃；6FBG。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案(和附圖)詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。一種利用光纖傳感技術(shù)對道路結(jié)構(gòu)進(jìn)行大尺度及局部大應(yīng)變監(jiān)測的系統(tǒng)，如附圖I和圖2所示，主要包括1分布式光纖(感知光纖和傳輸光纖)；2鎧裝線；3橡膠；4夾持塊；5微型彈簧；6FBG。其中，關(guān)于道路結(jié)構(gòu)全尺度測試的光纖傳感器的構(gòu)造如附圖I所示，關(guān)于道路結(jié)構(gòu)局部測試的光纖傳感器如附圖2所示。道路結(jié)構(gòu)全尺度監(jiān)測的鎧裝光纖傳感技術(shù)，含大尺度及局部測試技術(shù)，其實(shí)施方式如下 對于局部高精度監(jiān)測，將6FBG標(biāo)距范圍內(nèi)的兩端光纖微彎，并與5微型彈簧兩端連接，形成不受力光纖段；將與5微型彈簧串接的FBG置于略小于標(biāo)距長度的2鎧裝線內(nèi)部，使5微型彈簧與4夾持塊固結(jié)，即保證光纖不滑動(dòng)；兩引出光纖分別由兩個(gè)4夾持塊固定，且4夾持塊通過3橡膠與2鎧裝線連接；4夾持塊外側(cè)光纖通過2鎧裝線保護(hù)，同樣采用3橡膠將其連接。大尺度測試部分的光纖封裝方法與局部高精度監(jiān)測的封裝方法一致，只是標(biāo)距更長，且不需串入微彈簧。至此，該光 纖傳感測試元件制備完畢，對該系統(tǒng)進(jìn)行光路通暢的校核。測試時(shí)，通過4夾持塊感知標(biāo)距范圍內(nèi)的變形，進(jìn)而帶動(dòng)2鎧裝線內(nèi)部的I分布式光纖、或5微型彈簧和6FBG發(fā)生變化來感知應(yīng)變，從而實(shí)現(xiàn)道路結(jié)構(gòu)的大尺度及局部大應(yīng)變測試的目的。
權(quán)利要求
1.一種適合道路結(jié)構(gòu)全尺度監(jiān)測的鎧裝光纖傳感器，包括大尺度測試的鎧裝光纖傳感器和局部測試的FBG傳感器兩種其特征在于， 大尺度測試的鎧裝光纖傳感器的傳感元件采用光纖，鎧裝線作為光纖的保護(hù)管，鎧裝線兩端通過橡膠分別與端部擴(kuò)徑的兩夾持塊連接； 局部測試的FBG傳感器的傳感 元件采用FBG，鎧裝線作為FBG傳感器的保護(hù)管，F(xiàn)BG兩端分別與微型彈簧固結(jié)，兩端的微型彈簧則分別與端部擴(kuò)徑的兩夾持塊固結(jié)，鎧裝線兩端通過橡膠分別與兩夾持塊連接； 上述兩種傳感器中，兩夾持塊的距離即為傳感器的測試標(biāo)距，兩夾持塊外側(cè)的傳輸光纖的保護(hù)層也是鎧裝線，其同樣采用橡膠與夾持塊連接； 所述的鎧裝線是耐高溫250°C以上、外圍直徑為1cm、長度小于測試標(biāo)距的空心線； 所述的微型彈簧是指總長約為6cm，外徑為0. 4cm的彈簧； 所述的夾持塊是指能較好夾持住光纖的、截面積約為鎧裝線四倍的硬質(zhì)材料，采用金屬或硬塑料。
全文摘要
用于道路結(jié)構(gòu)全尺度監(jiān)測的鎧裝光纖傳感技術(shù)，屬智能結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，其特征是利用分布式光纖或FBG，對道路結(jié)構(gòu)進(jìn)行大尺度或局部大應(yīng)變高精度的測試；采用鎧裝線做保護(hù)套，抵抗測試時(shí)的惡劣服役環(huán)境；利用微型彈簧預(yù)設(shè)了微彎不受力光纖段達(dá)到提升光纖傳感測試系統(tǒng)量程的效果，從而適用于道路結(jié)構(gòu)初期成型及后期破壞的大應(yīng)變監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對道路結(jié)構(gòu)全壽命期的力學(xué)性能的掌握。本發(fā)明的效果和益處是能極大地提高光纖和FBG在道路結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的成活率，能很好地調(diào)節(jié)傳感元件的測試量程，可適應(yīng)道路結(jié)構(gòu)鋪設(shè)過程中的大變形測試，亦能實(shí)現(xiàn)道路結(jié)構(gòu)長久穩(wěn)定變形的測量。
文檔編號G01B11/16GK102628673SQ20121009216
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者劉婉秋, 周智, 王花平 申請人:大連理工大學(xué)