基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器的制造方法
【專利摘要】一種基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器，屬于道路設備【技術領域】。其特征是在被測路面層鋪設前埋設。放置前將灌封膠灌入灌封槽，封好灌封口及隔熱層。在測試地點控制測試段鎧裝線的環形布置形狀。完成路面結構的正常攤鋪碾壓后，緩慢拉緊光柵并暫時固定。拉動封固閥系統的控制線，令位于灌封槽內的光纖脫離隔封套與灌封膠直接接觸。灌封膠完全達到剛度后，撤去解調儀處光纖的暫時固定。本發明的效果和益處是造價低，使用簡單，布設方便，不影響路面正常施工，對路面結構本身的應力場分布影響很小。本發明避免了瀝青路面結構成形過程中產生的大變形對傳感器的損壞，又保持了測試時的高精度。
【專利說明】基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬于道路實驗設備【技術領域】，涉及到的是一種基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器。
技術背景
[0002]道路是交通基礎設施的重要組成部分，近年來我國公路建設投資均占我國GDP的2%-3%。但從全世界范圍來看，道路的早期病害問題從未得到根本解決。另一方面，路面的維修對道路通行的影響變得越來越難以忍受，并容易引發惡性交通事故。因此，隨著經濟的發展，以及對道路的承載重交通需求，提高道路結構的使用性能已經成為道路工程的重點研宄目標。
[0003]長期以來，國內外瀝青混合料設計都以經驗法為主，隨著人們對道路結構承受高交通量、重荷載以及長壽命的要求不斷增加，道路結構性能及其損傷演化規律的把握越來越受到重視，國內外道路工程界的研宄工作加重了力學分析在道路結構設計中的應用。道路結構的早期病害問題的根本解決需要對道路材料、結構、水文地質、荷載及環境等因素綜合作用力學行為的準確把握，而缺乏有效的測試手段提供參考數據是這項工作的關鍵阻力之一O
[0004]動態模量、重復加載以及靜態蠕變等室內實驗方法的提出標志著對瀝青路面材料精細力學分析的開始，但對于高度不均勻、各向異性、拉壓不同性的瀝青路面材料，現場測試更能反映道路結構在環境-交通荷載耦合作用下的實際響應。如何將現場道路結構響應與實驗室路面試件的精密測試關聯，也同樣具有重要意義。
[0005]道路結構的惡劣服役環境和瀝青混合料的特性要求埋在道路結構中的傳感器需能承受高溫(高達160oC)、潮濕的工作環境、高碾壓力、重復重荷載等，并且有大的覆蓋面，因此絕大多數傳統的土木工程傳感器不能直接用于道路結構中。而現有的基于光纖技術的現場路面應變測試技術也僅限于直線型測量，受光纖敏感元件及封裝材料尺寸限制，傳感器標距也很難控制到很小。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是在于提供一種基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]一種基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器，包括裸光纖光柵、鎧裝保護線、形狀控制器、灌封槽、單端固定塊、變形緩沖槽、隔熱層及封固閥系統；裸光纖光柵作為變形敏感元件。封固閥系統包括控制線、密封墊以及隔封套。
[0009]將裸光纖光柵或加套管保護的光纖光柵穿入用作測量部分的鎧裝線，確保光柵始終位于環形測試區域。光纖光柵的一端引出線由單端固定塊固定于灌封槽內，光纖光柵的另一端作為信號傳輸段預先穿過灌封槽內封固閥系統的隔封套部分，然后依次穿過變形緩沖槽和灌封槽兩端的預留孔。傳感器埋設前將封固閥系統在灌封槽內的密封墊用低粘度膠固定于灌封槽內側，位于灌封槽外的另一密封墊緊貼灌封槽壁，確保將灌封槽外端的預留孔密封，灌封膠不從灌封槽的預留孔中流出。封固閥系統位于灌封槽外的控制線由單獨鎧裝保護線引出路面結構或控制線與光纖傳輸線一起穿過同一鎧裝保護線引至連接解調儀器點。灌封槽上部設有灌膠口。灌封槽及變形緩沖槽外部設由隔熱材料構成的隔熱層。隔熱層可以避免瀝青路面成型時高溫對灌封膠的快速固化作用。形狀控制器可以是圓柱體或圓環，用于在傳感器布設時控制測試段鎧裝線的圓形布置形狀，傳感器放置好后可撤掉。
[0010]單端固定塊采用纖維強化塑料(FRP，Fiber Reinforced Polymer)、環氧樹脂材料或金屬材料構成；灌封膠由低粘度環氧樹脂材料構成；封固閥系統控制線由金屬絲或變形小的塑料線構成；封固閥系統隔封套由軟塑料或橡膠材料構成；封固閥系統密封墊由軟塑料或橡膠材料構成；灌封槽采用金屬材料或纖維強化塑料構成；形狀控制器不限材料。
[0011]該瀝青路面現場徑向應變測試傳感器在被測路面層鋪設前埋設。傳感器放置前調制好灌封膠灌入灌封槽，之后封好灌封口及隔熱層。布設傳感器時在測試地點利用形狀控制器控制測試段鎧裝線的環形布置形狀，在傳感器連接解調儀處輕微拉緊光纖定型，之后去掉形狀控制器。在傳感器上可預鋪部分瀝清混合料用于更好的定型。完成路面結構的正常攤鋪碾壓后，將傳輸光纖連接至光柵解調儀，一邊觀察解調儀數據一邊緩慢拉傳輸段光纖，直至光柵繃緊開始受拉時停止拉伸，并在外部傳輸段暫時固定，保持輕微手拉狀態。拉動封固閥系統的控制線，令灌封槽內的密封墊脫離粘結的灌封槽側壁直至到達對面側壁，致使位于灌封槽內的光纖脫離隔封套與灌封膠直接接觸。等灌封膠完全達到剛度后，撤去解調儀處光纖的暫時固定。測試時，可在傳感器測量環中心位置進行動靜載加載，傳感器測量的應變值則可以轉化為測點處的徑向應變值。
[0012]本發明的效果和益處是造價低，使用簡單，布設方便，不影響路面正常施工。由于光纖本身直徑很小，因此本發明所涉及傳感器直徑也可以做小，則對路面結構本身的應力場分布影響很小。本發明避免了瀝青路面結構成形過程中產生的大變形對傳感器的損壞，又保持了測試時的高精度。本發明所涉及傳感器測量半徑可調，可同時在加載點中心不同半徑處連續布設，這是受限于標距尺寸的直線型傳感器很難達到的。本發明所涉及傳感器的環形設計更便于與瀝青混合料室內圓柱形瀝青試塊加載測試結果相比較，由于環形周長是是直徑的3.14倍，故在同樣標距的基礎上，環形設計可以測試的區域更小，精度可控性更高。本發明所涉及傳感器即可以測量靜應變，也可以測動應變，還作為現場動態響應測試設備與瀝青混合料動態模量實驗相配合，也可以配合道路彎沉設備進行道路結構內部響應測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]附圖1是基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器及封固閥系統主要部件結構示意圖。
[0014]附圖2是傳感器整體布設示意圖。
[0015]圖中:1裸光纖光柵；2鎧裝保護線；3單端固定塊；4控制線；5隔封套；6灌封槽；7密封墊；8變形緩沖槽；9隔熱層；10光纖光柵解調儀；11形狀控制器。
【具體實施方式】
[0016]下面結合技術方案和附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0017]如圖所示，主要包括裸光纖光柵1、鎧裝保護線2、單端固定塊3、控制線4、隔封套5、灌封槽6、密封墊7、變形緩沖槽8、隔熱層9 ;光纖光柵解調儀10 ;形狀控制器11。
[0018]將光纖光柵帶套管穿入用作測量部分的鎧裝線，確保光柵始終位于環形測試區域。光纖光柵的一端由單端固定塊固定于灌封槽內，另一端作為信號傳輸段分別穿過變形緩沖槽及灌封槽內的預留孔，并預先穿過灌封槽內封固閥系統的隔封套部分。封固閥系統的隔封套和密封墊由控制線相連。傳感器埋設前封固閥系統在灌封槽內的密封墊用低粘度膠固定于灌封槽一側，此時灌封槽外密封墊緊貼灌封槽壁，確保灌封膠不從灌封槽的光纖預留孔中流出。封固閥系統位于灌封槽外的控制線由單獨鎧裝線引出路面結構或與光纖傳輸線一起穿過同一鎧裝線引至連接解調儀器點。灌封槽上部設有灌膠口。灌封槽及變形緩沖槽外部設由隔熱材料構成的隔熱層。
[0019]該瀝青路面現場徑向動靜態應變測試傳感器在被測路面層鋪設前埋設。傳感器埋設時調制好灌封膠灌入灌封槽，之后封好灌封口及隔熱層。布設傳感器時在測試地點利用形狀控制器控制測試段鎧裝線的環形布置形狀，在傳感器連接解調儀處輕微拉緊光纖定型，之后去掉形狀控制器。在傳感器上可預鋪部分理清混合料用于更好的定型。完成路面結構的正常攤鋪碾壓后，將傳輸光纖連接至光柵解調儀，一邊觀察解調儀數據一邊緩慢拉緊光柵，直至光柵繃緊開始受拉時停止拉伸，并暫時固定。拉動封固閥系統的控制線，令灌封槽內的密封墊脫離粘結的灌封槽側壁直至到達對面側壁，致使位于灌封槽內的光纖脫離隔封套與灌封膠直接接觸。等灌封膠完全達到剛度后，撤去解調儀處光纖的簡單固定。測試時，可在傳感器測量環對應中心位置進行動靜載加載，傳感器測量的應變值則可以轉化為測點處的徑向應變值。
[0020]其中灌封槽和變形緩沖槽可以是一體，僅以側壁隔開，也可以是獨立槽。變形緩沖槽布設前后均為密封，灌封槽在埋設前設有灌膠開口。變形緩沖槽與灌封槽正對的外壁中部設有開口，孔徑大小為剛好允許鎧裝線通過，且鎧裝線可在孔處自由進出，保證路面碾壓時測試圈可隨測試部分膨脹，伸入變形緩沖槽的鎧裝線的長度要保證路面碾壓完畢后仍要有鎧裝線留在變形緩沖槽內部。變形緩沖槽與灌封槽分隔的側壁中部預留小口，孔徑大小為僅允許光纖通過，孔內壁可粘有橡膠層，防止灌封槽內的灌封膠流入變形緩沖槽。
[0021]該瀝青路面現場徑向應變測試傳感器測量半徑可根據需求改變。同一測試地點可沿不同深度、不同半徑布設多個傳感器以測量應變場分布情況。徑向應變可根據下式求得。
[0022]ε r= ε /(2 JT )
[0023]式中\表示測點處徑向應變，ε表示光柵測得的應變值。
【權利要求】
1.一種基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器，包括裸光纖光柵、鎧裝保護線、形狀控制器、灌封槽、單端固定塊、變形緩沖槽、隔熱層及封固閥系統；裸光纖光柵作為變形敏感元件；封固閥系統包括控制線、密封墊以及隔封套；其特征在于:將裸光纖光柵或加套管保護的光纖光柵穿入用作測量部分的鎧裝線，確保光柵始終位于環形測試區域；光纖光柵的一端引出線由單端固定塊固定于灌封槽內，光纖光柵的另一端作為信號傳輸段預先穿過灌封槽內封固閥系統的隔封套部分，然后依次穿過變形緩沖槽和灌封槽兩端的預留孔；傳感器埋設前將封固閥系統在灌封槽內的密封墊用低粘度膠固定于灌封槽內側，位于灌封槽外的另一密封墊緊貼灌封槽壁，確保將灌封槽外端的預留孔密封，灌封膠不從灌封槽的預留孔中流出；封固閥系統位于灌封槽外的控制線由單獨鎧裝保護線引出路面結構或控制線與光纖傳輸線一起穿過同一鎧裝保護線引至連接解調儀器點；灌封槽上部設有灌膠口 ；灌封槽及變形緩沖槽外部設由隔熱材料構成的隔熱層；傳感器埋設時將灌封膠灌入灌封槽，之后封好灌封槽及隔熱層；完成路面結構的正常攤鋪碾壓后，拉緊光柵并在外部傳輸段暫時固定；拉動封固閥系統的控制線，灌封槽內的光纖脫離隔封套與灌封膠直接接觸；灌封膠完全達到剛度后，撤去光纖的暫時固定。
2.根據權利要求1所述的一種基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器，其特征在于:布設傳感器時通過形狀控制器控制測試段鎧裝保護線的環形布置形狀，傳感器測量半徑可調，在加載點中心不同半徑處連續布設傳感器。
3.根據權利要求1或2所述的一種基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器，其特征在于:變形緩沖槽布設前后均為密封，與灌封槽正對的外壁中部設有開口，孔徑大小為剛好允許鎧裝線通過，且鎧裝保護線在孔處自由進出，保證路面碾壓時測試圈可隨測試部分膨脹，伸入變形緩沖槽的鎧裝線的長度要保證路面碾壓完畢后仍要有鎧裝線留在變形緩沖槽內部。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種基于光纖傳感技術的瀝青路面現場徑向應變測試傳感器，其特征在于:單端固定塊采用纖維強化塑料、環氧樹脂材料或金屬材料構成；灌封膠由低粘度環氧樹脂材料構成；封固閥系統控制線由金屬絲或變形小的塑料線構成；封固閥系統隔封套由軟塑料或橡膠材料構成；封固閥系統密封墊由軟塑料或橡膠材料構成；灌封槽采用金屬材料或纖維強化塑料構成；形狀控制器是圓柱體或圓環，不限材料。
【文檔編號】G01B11/16GK104457604SQ201410578591
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】劉婉秋, 趙延慶, 周智, 姜臻, 王博實, 曹丹丹 申請人:大連理工大學