一種用于檢測路面結(jié)構(gòu)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的傳感器的制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及路面結(jié)構(gòu)力學(xué)和損傷預(yù)估研究技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于檢測路面結(jié)構(gòu)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的傳感器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]無論是水泥路面還是瀝青路面，均屬于半無限體層狀結(jié)構(gòu)。路面出現(xiàn)的疲勞、車轍、龜裂等各種破壞形式，是半無限體內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變累積的結(jié)果。因此，檢測獲取實(shí)際交通荷載下路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學(xué)狀態(tài)信息，是研究其損傷演化過程，優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)和路面材料設(shè)計(jì)，完善相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)。但是，實(shí)際路面結(jié)構(gòu)承受移動車輛荷載作用，路面結(jié)構(gòu)又呈多層體系結(jié)構(gòu)，路面材料還是力學(xué)性質(zhì)隨溫度和加載頻率變化而變化的多項(xiàng)復(fù)合材料，這導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)非常復(fù)雜。同時，考慮到施工時的高溫、碾壓、剪切等破壞作用，為置入路面內(nèi)部的檢測其應(yīng)力狀態(tài)的傳感器提出了很大的挑戰(zhàn)。
[0003]目前采用的置入式傳感器，經(jīng)試驗(yàn)中的合理布置，往往能夠檢測車輛行駛方向、垂直車輛行駛方向和垂直路面方向的應(yīng)變。而對于路面這一復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的半無限體結(jié)構(gòu)，一般認(rèn)為最大拉應(yīng)力是評價其損傷破壞的合理力學(xué)指標(biāo)。僅僅檢測以上3個方向上的應(yīng)變，是無法獲得路面內(nèi)部最大拉應(yīng)變或拉應(yīng)力的，因此，改進(jìn)現(xiàn)有檢測原理，開發(fā)能夠直接或間接檢測獲取路面內(nèi)部最大拉應(yīng)變信息的傳感器，顯得尤為必要。
[0004]同時，有些學(xué)者認(rèn)為，剪應(yīng)力是導(dǎo)致路面上面層及中面層破壞的力學(xué)原因，需要跟蹤檢測實(shí)際交通荷載下路面內(nèi)部的剪應(yīng)力。從力學(xué)原理而言，剪應(yīng)力無法直接檢測，只能通過檢測3個正交方向以及3個45度方向的應(yīng)變，采用彈性力學(xué)，合成得到剪應(yīng)變和剪應(yīng)力。而現(xiàn)有相關(guān)傳感器均沒有考慮該方面檢測需求。
[0005]另外，為了防止施工中壓路機(jī)和攤鋪機(jī)對傳感器的剪切、揉搓破壞作用，在傳感器上常常設(shè)計(jì)有剛度較大的保護(hù)結(jié)構(gòu)，一般為金屬鋼結(jié)構(gòu)。該處理方法，可以有效提高傳感器的成活率，但是，由于金屬鋼結(jié)構(gòu)的彈性模量與路面材料的嚴(yán)重差異，就改變了檢測位置的力學(xué)狀態(tài)，引起嚴(yán)重的測量誤差。長期使用，傳感器還影響路面的使用壽命。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]針對以上不足，本發(fā)明提出一種用于檢測路面結(jié)構(gòu)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的傳感器，其突出的創(chuàng)新性在于:I)能夠檢測得到路面內(nèi)部任意一個方向的應(yīng)變，以及最大拉應(yīng)變;2)能夠檢測得到路面內(nèi)部剪應(yīng)力;3)傳感器與路面材料能夠協(xié)調(diào)變形，沒有鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)套;4)體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈敏度高;5)能夠抵抗路面施工中的破壞作用，是一種理想的預(yù)埋置入式傳感器。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]—種用于檢測路面結(jié)構(gòu)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的傳感器，包括彈性元件10和設(shè)置在彈性元件內(nèi)用于對被檢測路面的動力響應(yīng)進(jìn)行檢測的多個敏感元件(Ml，M2，M3，M4，M5，M6);
[0009]在彈性元件10內(nèi)建立空間直角坐標(biāo)系，所述的敏感元件分別設(shè)置在該空間直角坐標(biāo)系中的六個不同的方位上；
[0010]所述的六個不同的方位為該坐標(biāo)系中同一卦限對應(yīng)的三個坐標(biāo)軸的半軸分別對應(yīng)的方位，以及分別在該卦限對應(yīng)的三個坐標(biāo)平面內(nèi)各對應(yīng)一個方位，處于坐標(biāo)平面內(nèi)的方位為每個坐標(biāo)平面對應(yīng)的兩個坐標(biāo)軸的角平分線對應(yīng)的方位；
[0011 ] 所述的彈性元件內(nèi)還設(shè)置有信號傳遞線路，所述的敏感元件(Ml，M2，M3，M4，M5，M6)與該信號傳遞線路連接。
[0012]所述的彈性元件10內(nèi)開設(shè)有布纖凹槽B，所述的敏感元件和信號傳遞線路均設(shè)置在該布纖凹槽納，布纖凹槽B的端口即進(jìn)出線口J延伸至彈性元件的外表面。
[0013]所述的彈性元件10內(nèi)開設(shè)有注防水膠凹槽F，所述的注防水膠凹槽F內(nèi)填充有用于防水的防水膠，所述的注防水膠凹槽F開設(shè)在所述的敏感元件和信號傳遞線路的外緣，且注防水膠凹槽F的端口延伸至彈性元件的外表面。
[0014]所述的彈性元件10包括第一彈性元件1、第二彈性元件2、第三彈性元件3和第四彈性元件4，所述的第一彈性元件1、第四彈性元件4和第二彈性元件2相互連接在一起且設(shè)置在第三彈性元件3的表面上；
[0015]第一彈性元件I與第四彈性元件4相接觸的表面、第一彈性元件I與第二彈性元件2相接觸的表面和第一彈性元件I與第三彈性元件3相接觸的表面相互垂直；
[0016]所述的布纖凹槽B開設(shè)在第一彈性元件I分別與第四彈性元件4、第二彈性元件2和第三彈性元件3之間相互接觸的表面上，所述的注防水膠凹槽F開設(shè)在第一彈性元件1、第四彈性元件4、第二彈性元件2和第三彈性元件3之間相互接觸的表面上；
[0017]以第一彈性元件I與第四彈性元件4相接觸的表面、第一彈性元件I與第二彈性元件2相接觸的表面和第一彈性元件I與第三彈性元件3相接觸的表面的交點(diǎn)為所述空間直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，以第一彈性元件I與第四彈性元件4相接觸的表面、第一彈性元件I與第二彈性元件2相接觸的表面和第一彈性元件I與第三彈性元件3相接觸的表面為所述空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)平面，所述敏感元件(Ml，M2，M3，M4，M5，M6)設(shè)置在該坐標(biāo)系中所述的六個不同的方位上，敏感元件和所述信號傳遞線路設(shè)置在第一彈性元件I上開設(shè)的布纖凹槽B內(nèi)。
[0018]所述的第一彈性元件1、第四彈性元件4、第二彈性元件2和第三彈性元件3之間相互接觸的表面通過粘合劑粘合密封連接，粘合劑選用環(huán)氧瀝青。
[0019]所述的第一彈性元件I包括第一1/8球體Ql和第一 1/4平板Pl，第四彈性元件4包括第一 1/4球體Q2和第一 1/2平板P2，第二彈性元件2包括第二 1/8球體Q3和第二 1/4平板P3，所述第三彈性元件3為板件;第一彈性元件1、第四彈性元件4、第三彈性元件3和第二彈性元件
2連接在一起形成的結(jié)構(gòu)包括由所述第一 1/8球體Ql、第一 1/4球體Q2和第二 1/8球體Q3構(gòu)成的半球體結(jié)構(gòu)9，以及由所述第一 1/4平板P1、第一 1/2平板P2、第二 1/4平板P3和第三彈性元件3構(gòu)成的平板結(jié)構(gòu)8，所述的半球體結(jié)構(gòu)9設(shè)置在平板結(jié)構(gòu)8的中心位置，半球體結(jié)構(gòu)9的平面部分設(shè)置在平板結(jié)構(gòu)8的上表面;所述的平板結(jié)構(gòu)8上開設(shè)有通孔K，該通孔K用于填充路面材料，使傳感器與路面結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)變形。
[0020]所述的半球體結(jié)構(gòu)9的球面上設(shè)置有嵌入結(jié)構(gòu)13，所述的嵌入結(jié)構(gòu)13包括從所述半球體結(jié)構(gòu)9球面上垂直向外延伸的立柱11和設(shè)置在該立柱自由端上的凸臺12，傳感器通過所述嵌入結(jié)構(gòu)13鑲嵌到路面材料中使傳感器與路面結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)變形；
[0021]所述的立柱11為圓柱形立柱，所述的凸臺12為橢球形凸臺，橢球形凸臺的長軸與圓柱形立柱的軸線垂直；
[0022]所述的嵌入結(jié)構(gòu)13包括第一嵌入結(jié)構(gòu)5、第二嵌入結(jié)構(gòu)6和第三嵌入結(jié)構(gòu)7，所述的第一嵌入結(jié)構(gòu)5設(shè)置在第一彈性元件I與第二彈性元件2的交界處，且第一嵌入結(jié)構(gòu)5的軸線與所述平板結(jié)構(gòu)8呈45度夾角，第二嵌入結(jié)構(gòu)6設(shè)置在第一彈性元件I與第四彈性元件4的交界處，且第二嵌入結(jié)構(gòu)6的軸線與所述平板結(jié)構(gòu)8呈45度夾角，第三嵌入結(jié)構(gòu)7設(shè)置在半球結(jié)構(gòu)球面的頂部，且第三嵌入結(jié)構(gòu)7的軸線與所述平板結(jié)構(gòu)8呈90度夾角。
[0023]所述的每個立柱11中均設(shè)置有所述的敏感元件，設(shè)置在立柱11中的敏感元件沿著立柱的軸向設(shè)置。
[0024]所述的敏感元件為布拉格光柵。
[0025]所述彈性元件的材