一種能監(jiān)測基層裂縫的分布式傳感光纖裝置及其監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于道路基層工程監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能監(jiān)測基層裂縫的分布式傳感光纖裝置及其監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基層主要承受由面層傳遞的車輛荷載，并將荷載分布到墊層或土基上，基層的板體性、穩(wěn)定性、整體性保證了路面的使用壽命。但基層在成型過程中，容易因基層材料失水收縮形成規(guī)則的橫向裂縫，因溫度變化而產(chǎn)生溫縮裂縫。裂縫反射至面層，路表水進(jìn)入面層，在行車荷載的作用下產(chǎn)生動(dòng)水壓力，破壞面層與基層之間的聯(lián)接狀態(tài)，加劇面層的破壞。路表水還會(huì)由基層裂縫滲入基層和路基，在行車荷載的作用下，對基層和路基造成破壞，產(chǎn)生唧泥、坑槽、沉陷等病害，嚴(yán)重縮短道路的使用壽命。因此，對道路基層的監(jiān)測和抗裂研宄具有重大意義。
[0003]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)、鉆芯取樣技術(shù)、超聲波技術(shù)、紅外圖像技術(shù)、頻譜分析技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)等，但它們都停留在檢測技術(shù)層面，且檢測時(shí)間和周期長、實(shí)時(shí)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(diǎn)，在土木、交通、海洋等工程領(lǐng)域得到了應(yīng)用。目前，對光纖傳感的研宄大多集中在光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用，但光纖光柵傳感器不能滿足道路長距離和全尺度測量的要求，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量和監(jiān)控。
[0004]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(shí)現(xiàn)光纖沿線應(yīng)力場和溫度場時(shí)間和空間上的連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測距離可達(dá)100km，能夠?qū)鶎訉?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)測量和監(jiān)控。本發(fā)明利用布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感(BOTDA)方法，通過標(biāo)定基層收縮變形量與光纖傳感應(yīng)變量的相關(guān)性，監(jiān)測基層橫向裂縫位置及發(fā)展規(guī)律，對道路基層進(jìn)行全尺度的監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，而提供一種長距離、全分布、實(shí)時(shí)性對道路基層裂縫進(jìn)行測量和監(jiān)控的分布式傳感光纖裝置及其監(jiān)測方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
一種能監(jiān)測基層裂縫的分布式傳感光纖裝置，其中:包括埋設(shè)在基層內(nèi)部的傳感光纖，傳感光纖彎折為多層布設(shè)，傳感光纖中部接入布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器，布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器對每一段傳感光纖的溫度及應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，傳感光纖一端連接注入脈沖光的脈沖激光發(fā)射器，另一端連接注入連續(xù)光的連續(xù)激光發(fā)射器，每層傳感光纖部分均相應(yīng)安裝有至少一個(gè)用于溫度補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅?，溫度傳感器、布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器均與中控裝置連接，中控裝置對溫度傳感器以及布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
[0007]為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括: 上述的溫度傳感器為電阻式溫度傳感器。
[0008]上述的傳感光纖為豎向多層彎折，且傳感光纖的延伸方向?yàn)檠鼗鶎訑備伔较颉?br>[0009]上述的傳感光纖的中部斷為兩個(gè)端口，該兩個(gè)端口分別與布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器的兩個(gè)接口串接形成一個(gè)回路。
[0010]上述的中控裝置為計(jì)算機(jī)。
[0011]上述的溫度傳感器安裝在傳感光纖端部位置處。
[0012]一種分布式傳感光纖裝置監(jiān)測基層裂縫的方法，包括以下步驟:
步驟一、鋪設(shè)基層時(shí)在基層內(nèi)埋設(shè)傳感光纖，傳感光纖沿?cái)備伔较蜓由?，傳感光纖多段彎折，使其各段處于基層的不同厚度層中，同時(shí)埋設(shè)溫度傳感器；
步驟二、將傳感光纖中部的兩個(gè)端口分別與布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器進(jìn)出口跳線串接，在傳感光纖兩端安裝脈沖激光發(fā)射器和連續(xù)激光發(fā)射器；
步驟三、進(jìn)行光路校核，控制脈沖激光發(fā)射器和連續(xù)激光發(fā)射器發(fā)射激光，檢測布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器是否能收到信號，如不能收到信號，進(jìn)行檢修，如能收到信號，進(jìn)行下一步驟；
步驟四、當(dāng)線路保持通路以后，脈沖激光發(fā)射器發(fā)射脈沖光，連續(xù)激光發(fā)射器發(fā)射連續(xù)光，布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器根據(jù)布里淵光時(shí)域分析的方法將接收到的光信號進(jìn)行解調(diào)，得到整條傳感光纖的溫度和應(yīng)變分布式信號；因傳感光纖埋設(shè)于基層不同位置處，因此能得到基層不同位置的溫度和應(yīng)變關(guān)系曲線；
步驟五、布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器將解調(diào)后的溫度和應(yīng)變分布式信號傳至中控裝置，中控裝置根據(jù)溫度傳感器傳來的溫度值代入溫度和應(yīng)變分布式信號進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到應(yīng)變分布式信號，得到基層不同位置處應(yīng)變值，進(jìn)而得出基層不同位置處收縮變形量;
步驟六、實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)變分布式信號，獲知基層不同位置處收縮變形量的發(fā)展規(guī)律。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是，應(yīng)用這種分布式傳感光纖監(jiān)測基層裂縫，可以實(shí)現(xiàn)長距離、全分布、高精度測量基層裂縫出現(xiàn)和發(fā)展情況，并可實(shí)現(xiàn)對道路結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)和長期監(jiān)測，可以有效的指導(dǎo)基層的養(yǎng)護(hù)，道路完成后的修補(bǔ)，避免更大的損失。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的基層裂縫監(jiān)測斷面示意圖；
圖2是本發(fā)明的監(jiān)測光纖平面布置圖；
圖3是本發(fā)明的測定方法流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0016]圖1至圖3所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中的附圖標(biāo)記為:溫度傳感器1、中控裝置2、傳感光纖3、布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器4。
[0018]如圖1至圖3所示，本發(fā)明的一種能監(jiān)測基層裂縫的分布式傳感光纖裝置，其中:包括埋設(shè)在基層內(nèi)部的傳感光纖3，傳感光纖3彎折為多層布設(shè)，傳感光纖3中部接入布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器4，布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器4對每一段傳感光纖3的溫度及應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，傳感光纖3 —端連接注入脈沖光的脈沖激光發(fā)射器，另一端連接注入連續(xù)光的連續(xù)激光發(fā)射器，每層傳感光纖3部分均相應(yīng)安裝有至少一個(gè)用于溫度補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅?，溫度傳感器1、布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器4均與中控裝置2連接，中控裝置2對溫度傳感器I以及布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器4傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
[0019]實(shí)施例中，溫度傳感器I在埋設(shè)在傳感光纖的一端基層內(nèi)，進(jìn)行獨(dú)立的采集。
[0020]實(shí)施例中，溫度傳感器I為電阻式溫度傳感器。
[0021]實(shí)施例中，傳感光纖3為豎向多層彎折，且傳感光纖3的延伸方向?yàn)檠鼗鶎訑備伔较颉?br>[0022]實(shí)施例中，傳感光纖3的中部斷為兩個(gè)端口，該兩個(gè)端口分別與布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器4的兩個(gè)接口串接形成一個(gè)回路。
[0023]實(shí)施例中，中控裝置2為計(jì)算機(jī)。
[0024]實(shí)施例中，溫度傳感器I安裝在傳感光纖3端部位置處。
[0025]一種分布式傳感光纖裝置監(jiān)測基層裂縫的方法，包括以下步驟:
步驟一、鋪設(shè)基層時(shí)在基層內(nèi)埋設(shè)傳感光纖3，傳感光纖3沿基層延攤鋪方向延伸，傳感光纖3多段彎折，使其各段處于基層的不同厚度層中，同時(shí)埋設(shè)溫度傳感器I ;
步驟二、將傳感光纖3中部的兩個(gè)端口分別與布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器4進(jìn)出口跳線串接，在傳感光纖3兩端安裝脈沖激光發(fā)射器和連續(xù)激光發(fā)射器；
步驟三、進(jìn)行光路校核，控制脈沖激光發(fā)射器和連續(xù)激光發(fā)射器發(fā)射激光，檢測布里淵光時(shí)域分布式光纖傳感器4是否能收到信號，如不能收到信號