[發明專利]道路結構形態監測的全尺度光纖傳感技術

有效

• 申請號: 201110056824.7
• 申請日: 2011-03-10
• 公開（公告）號: CN102221346A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 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: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/16;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，涉及到的是一種道路結構形態監測的全尺度光纖傳感技術。

背景技術

對于道路結構，實際的承載主體是地基，其強度和穩定性直接影響道路的使用性質。但道路結構的地基產生如局部沉陷、開裂等類型的病害時，其會因外界荷載的多次作用而快速擴展到道路表面。若對道路結構的此類損傷進行維修，則需從最底層的地基開始整治，所需耗費的財力和物力將相當大。因此，有需要對道路結構基礎的狀態進行及時監測和實時維護，以免給后期工作帶來大問題。關于道路結構，當前的檢測技術有：通過提取道路表面信息實現道路結構各相關性能測試的紅外成像技術；通過在道路結構內部埋設傳感器實現道路結構各相關性能測試的頻譜分析技術、超聲波無損檢測技術及光纖光柵技術等。但它們都局限于局部損傷檢測，且測試理念停留在對道路結構其它上部介質層的檢測，而忽略了道路結構基礎形態的監測。因此，可考慮采用耐久性好、抗電磁干擾能力強且具長距離測試功能的光纖傳感技術，對道路結構的形態進行全尺度監測。目前，關于對道路結構進行形態監測的研究尚未出現。但是，有部分學者在其它領域，通過光纖傳感技術對測試數據進行特定處理后得到被重構的結構形狀。上海大學章亞男等利用光纖光柵傳感器測地下管線的等距離離散點的曲率信息，通過空間曲線重構方法反推處地下管線的空間位置形狀，但精度有待提高。加拿大Lee?Danisch研制了一種主要用來監測結構空間變形的準分布式光纖光柵曲率傳感器，但該傳感器抵抗外物的強度較低，且內置多光纖光柵使得其造價很高。哈爾濱工業大學付宜利等利用一定曲率的準分布式光纖傳感量測系統探索了三位曲面結構的重建方法，并以試驗驗證其設計的測量系統和重建方法的有效性，但其研究對象的尺寸受限。綜合前述研究基礎，本發明提出采用光纖傳感技術，對道路結構進行形態的全尺度監測；采用特定裝置，對光纖測試的信息進行重構處理，得到道路結構的當前形態，通過與初始形態進行對比分析，獲取道路結構的健康信息。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于道路結構形態監測的全尺度光纖傳感技術，解決了道路結構形態全尺度監測的問題。

本發明的技術方案是：

一種基于道路結構形態監測的全尺度光纖傳感技術，利用光纖作為道路結構形態監測的傳感元件；采用金屬圓管作為分布式光纖的保護套，圓管內側沿全尺度方向預留上部小方槽，作為光纖和夾持光纖的形狀記憶合金的活動軌道，且圓管中性軸位置處布設有與形狀記憶合金通過圓金屬板相連接的可移動傳力桿。由該技術所集成的系統工作時，利用外界傳力裝置移動傳力桿，從而帶動了光纖和形狀記憶合金在沿道路全尺度方向的金屬圓管內移動，光纖將感知的信號傳遞給分布式光纖解調儀，利用解調后的數據信息，進行重構處理，獲得道路結構即時的全尺度形態。

本發明包含的特征技術：

①所述的道路結構的全尺度形態監測是指對道路結構沿跨度方向的形態進行宏觀監測；

②所述的分布式光纖可沿金屬圓管全尺度方向自由活動，通過形狀記憶合金的記憶功能保證光纖在測試時只感受彎曲應變，而不受拉伸和壓縮力作用；

③所述的形狀記憶合金是呈薄片狀的具有記憶功能的合金，其記憶的是不受力狀態；

④所述的金屬圓管是直徑為1cm的沿道路結構跨度方向全分布的圓鋼管；

⑤所述的傳力桿是通過外界傳力裝置的作用帶動其能沿道路結構全尺度方向活動的；

⑥所述的重構處理是指結合光纖在全尺度方向感知的信息，利用彎曲應變與曲率的關系，重新構筑出監測到的道路結構形態，區別于道路結構的初始形態；

⑦所述的道路結構即時的全尺度形態是指測試時間段內道路結構的全尺度形態，其變化可在宏觀上反映道路結構的健康信息。

本發明的效果和益處是：能重構出道路結構服役狀態的基礎形態，可實現道路結構形態的全尺度及時監測，對比分析道路結構的初始形態和重構形態，可把握道路結構全尺度方向的健康信息。此外，本發明技術提供了一種考慮從全尺度測試到全尺度損傷識別及全尺度信息診斷的新理念，對結構健康監測有較好的指導意義。

附圖說明

附圖1是基于道路結構形態監測的全尺度光纖傳感系統圖。

附圖2是全尺度光纖布設工藝示意圖。

圖中：1分布式光纖；2金屬圓管；3形狀記憶合金；4金屬圓板；5傳力桿；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數據處理器；11分布式光纖解調儀；12傳力裝置；13重構的道路結構形態。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式。