[發明專利]道路結構多層介質的全尺度光纖監測技術

無效

• 申請號: 201110056774.2
• 申請日: 2011-03-10
• 公開（公告）號: CN102175367A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 周智;劉婉秋;王花平;何建平;黃明華
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;E01F11/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于結構智能健康監測技術領域，涉及的是一種道路結構多層介質的全尺度光纖監測技術。

背景技術

道路通常都裸露于自然界中，既受到車輛荷載作用，也直接受外界環境因素如溫度、光照、雨雪等的影響。國內經濟發展帶來交通運輸量的迅速增長，導致很多道路結構因為超限超載的反復、長期疲勞累積效應及環境因素等作用而出現不同規模和不同程度的損傷，嚴重影響道路結構的使用性能，因此，有必要對道路結構的服役狀態進行監測，以便對其進行及時維修和養護。目前道路結構常規的檢測技術主要有人工巡檢技術、鉆心取樣技術、超聲波技術、紅外圖像技術、頻譜分析技術、雷達技術等，但它們都停留在檢測技術層面，且檢測時間和周期長、實時監測性能差、精度低。光纖傳感技術因具有抗電磁干擾、耐腐蝕、高靈敏度、絕對測量等優點，在土木、交通、海洋等工程領域得到了應用。當前，有部分學者將光纖光柵傳感技術應用于道路結構的測試。大連理工大學歐進萍、周智等人研制開發了玻璃纖維增強樹脂光纖光柵三向應變傳感器，并將其應用到山東泰萊高速公路中；山東大學姚占勇采用鋼片封裝的光纖光柵傳感器對道路結構進行了應力測試，試驗驗證了光纖光柵傳感器用于路面結構測試的有效性。然而道路結構屬于超長距離線性工程，其損傷具有隨機性強、覆蓋面廣的特點，局部單點光纖光柵傳感器難以滿足道路結構全尺度測試的要求。全尺度分布式光纖布里淵傳感技術具有在一根普通單模光纖上實現光纖沿線應力場和溫度場時間和空間上的連續監測。南京大學施斌采用布里淵分布式光纖傳感技術對連續配筋的混凝土路面內鋼筋與混凝土間粘結應力進行了監測；東南大學宋世偉等采用分布式光纖傳感器埋入連續配筋混凝土路面的復合筋中，實現了道路結構配筋層的分布式測試。但他們沒有考慮將分布式光纖測試技術用于道路結構的多層介質的監測。此外，考慮到布里淵傳感技術存在空間分辨率低，測試精度不高的問題，周智等融合光纖光柵和光纖布里淵的優點，提出了光纖光柵和光纖布里淵共線的測試技術。本發明擬采用光纖傳感技術，利用其長距離測試、準分布及精度較高等優越性能，對道路結構的多層介質進行局部精細監測和全尺度較高精度的監測。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于道路結構多層介質的全尺度光纖監測技術，解決道路結構多層介質全尺度監測的問題。

本發明的技術方案是：

一種基于道路結構多層介質的全尺度光纖監測技術，利用局部刻有光纖光柵的分布式光纖作為道路結構多層介質全尺度測試的傳感元件，通過光開關建立傳感探頭與光纖光柵解調儀和分布式光纖解調儀間的信號傳遞樞紐，對道路結構多層介質進行局部高精度、全尺度較高精度的監測。其中，分布式光纖沿跨度和深度方向以不小于2cm的彎曲半徑分布在道路結構的全尺度上；局部光纖光柵則以分布式光纖為依托，以固定間距有規律地離散在道路結構的跨度和深度方向。

本發明包含的特征技術：

①所述的道路結構多層介質的全尺度監測是指覆蓋道路結構深度方向和跨度方向的分布式光纖監測技術；

②所述的分布式光纖是考慮彎曲損耗而以彎曲半徑不小于2cm的弧度布設在道路結構的全尺度上；

③所述的以分布式光纖為依托的光纖光柵是沿道路結構內部點的三向分別布置的，其結構形式呈應變花狀；

④所述的光纖傳感元件是經過性能穩定且耐久性的材料進行封裝保護后埋設在道路結構內部的；

⑤所述的多層介質是道路結構自上向下是由不同介質組成的多層體系；

⑥所述的道路結構多介質層全尺度監測的光纖傳感系統測試時，在道路結構多層介質內全尺度分布的光纖光柵與光纖通過傳感探頭將分布式信號和局部信號經光開關分別傳輸給分布式光纖解調儀和光纖光柵解調儀，信號在共線傳輸后被分別解調。

本發明的效果和益處是：應用光纖傳感技術，對道路結構多層介質的進行狀態測試，可達到局部位置高精度的測試和全尺度較高精度的測試效果，且可實現道路結構的實時監測和長期健康監測。此外，本發明技術思路清晰、方法可行且集成的系統成本較低，易于在道路結構的健康監測領域推廣應用，使得道路結構被更加合理高效地利用。

附圖說明

附圖1是基于道路結構多層介質全尺度監測的光纖傳感系統示意圖。

附圖2是局部光纖光柵布設工藝示意圖。

圖中：1分布式光纖解調儀；2關開關；3光纖光柵解調儀；4光纖光柵；5分布式光纖；6道路結構的面層；7道路結構的基層；8道路結構的底基層；9道路結構的地基；10豎向光纖光柵；11縱向光纖光柵；12橫向光纖光柵。

具體實施方式