[實用新型]瀝青路面壓力傳感器

無效

• 申請號: 201020173438.7
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN201688929U
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 劉宏月;曾捷;梁大開;王曉潔;徐海偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本發明涉及一種瀝青路面壓力傳感器，屬于土木工程傳感器測試領域。

背景技術

長周期光纖光柵(以下簡稱LPFG)是一種基于纖芯導模與包層模式耦合理論的傳感性光柵，其傳感原理為在光纖內傳輸的同向模式之間在外部介質參量使光纖滿足相位匹配條件時將產生諧振耦合，使光波中某頻帶的光耦合到包層中而損耗掉，從而對介質參量進行檢測。

LPFG對其所受的橫向負載變化非常敏感，進而可以得到周圍環境中橫向負載力大小。同時，由于光柵制作過程中紫外光單側入射導致其寫入的LPFG橫截面折射率分布不均勻以及介質中存在彈性應力或應變時介質的光學性質(折射率)的變化，使得LPFG諧振光譜的橫向負載靈敏度具有方向相關性。

目前使用長周期光纖光柵監測橫向負載的主要方法有通過諧振峰波長或諧振峰幅值作為參變量進行監測，其中，對CO₂激光脈沖寫入的LPFG橫向負載方向特性的監測方法為通過諧振峰波長作為參變量進行監測。2004年8月武漢理工大學何偉等人在《武漢理工大學學報》中發表的文章“長周期光纖光柵橫向壓力傳感特性的研究”中對LPFG橫向負載特性進行了初步實驗，初步驗證普通單模光纖中長周期光纖光柵的雙折射效應對光纖橫向壓力具有很高的靈敏度和良好的線性響應，其靈敏度比光纖布喇格光柵高出2個數量級，并得出LPFG諧振峰波長與橫向負載的對應關系。2005年8月，重慶大學王義平等人在《光子學報》中發表的文章“新型長周期光纖光柵的橫向負載特性及其偏振相關性研究”中不僅驗證了LPFG的橫向負載敏感特性，還在國際上首次發現高頻CO₂激光脈沖寫入的LPFG諧振波長的橫向負載特性具有較強的方向相關性，即在圓周0°～180°范圍內存在一個諧振波長發生“紅”移最敏感的負載方向和發生“藍”移最敏感的負載方向，以及兩個對橫向負載不敏感的方向，并且在諧振波長對橫向負載比較敏感的圓周方向，諧振波長隨負載的變化線性漂移。但由于該方法是基于LPFG諧振峰波長調制，且LPFG諧振峰波長對傳感探頭附近溫度、軸向應變、折射率等變化也具有很好的靈敏性，使得該方法的易受溫度等環境參量的影響，并沒有完全實現光纖光柵傳感器不易受外界干擾的目的。2003年11月，重慶大學胡愛姿等人在《光子學報》中發表的文章“基于新型長周期光纖光柵的動態橫向負荷傳感器”中，初步對LPFG諧振峰幅值與橫向負載的關系進行了研究，但對其方向特性并未進行相關研究。

瀝青路面(Asphalt?Pavements)是高等級道路的主要類型。美國公路統計年報(Highway?Statistics)顯示，全美390萬公里鋪裝路面的公路中，瀝青路面占94％。我國《2005年公路水路交通行業發展統計公報》表明：截止2005年底，全國公路總里程達到193萬公里，高速公路4.1萬公里，穩居世界第二，其中95％為瀝青路面。瀝青路面已成為我國骨干公路路面的主要形式。然而隨著公路事業的飛速發展，所暴露出的技術問題也十分嚴重，瀝青路面的早期損害問題越來越多地引起了道路工作者的重視，已成為影響我國公路事業健康發展的突出矛盾，主要表現在：坑槽、龜裂、車轍、裂縫、隆起、松散、露骨、水損傷等，這些道路病害直接影響道路的通車效率和行車安全。同時，由于交通荷載、環境因素的反復作用以及路面結構本身的材料組成，結構施工和養護水平等條件的變異，導致路面產生不同程度、不同形式的破壞，以至于喪失正常的工作能力。

為了促進我國公路交通基礎設施的健康發展，瀝青路面內部應變場監測有著重要的意義。研究不同路面結構層在不同荷載作用下，各層之間的荷載傳遞規律、應變規律以及不同結構層應力、應變受溫度影響的變化規律顯得非常重要，這些規律在瀝青路面的長期運營、養護當中具有很強的指導作用。尤為重要的是，這些規律往往是變化的。因此，對于瀝青路面來說，建立一個長期、有效的內部應變監測系統具有重要的意義。