專利名稱：道路結構多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于結構智能健康監(jiān)測技術領域，涉及的是一種道路結構多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)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(huán)境因素如溫度、光照、雨雪等的影響。國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)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(huán)境因素等作用而出現(xiàn)不同規(guī)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(tài)進行監(jiān)測，以便對其進行及時維修和養(yǎng)護。目前道路結構常規(guī)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(jiān)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(yōu)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(fā)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(xiàn)光纖沿線應力場和溫度場時間和空間上的連續(xù)監(jiān)測。南京大學施斌采用布里淵分布式光纖傳感技術對連續(xù)配筋的混凝土路面內(nèi)鋼筋與混凝土間粘結應力進行了監(jiān)測；東南大學宋世偉等采用分布式光纖傳感器埋入連續(xù)配筋混凝土路面的復合筋中，實現(xiàn)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(zhì)的監(jiān)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(yōu)點，提出了光纖光柵和光纖布里淵共線的測試技術。本發(fā)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(yōu)越性能，對道路結構的多層介質(zhì)進行局部精細監(jiān)測和全尺度較高精度的監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于道路結構多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術，解決道路結構多層介質(zhì)全尺度監(jiān)測的問題。本發(fā)明的技術方案是一種基于道路結構多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)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(zhì)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(diào)儀和分布式光纖解調(diào)儀間的信號傳遞樞紐，對道路結構多層介質(zhì)進行局部高精度、全尺度較高精度的監(jiān)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(guī)律地離散在道路結構的跨度和深度方向。本發(fā)明包含的特征技術①所述的道路結構多層介質(zhì)的全尺度監(jiān)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(jiān)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(nèi)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(jīng)過性能穩(wěn)定且耐久性的材料進行封裝保護后埋設在道路結構內(nèi)部的；⑤所述的多層介質(zhì)是道路結構自上向下是由不同介質(zhì)組成的多層體系；⑥所述的道路結構多介質(zhì)層全尺度監(jiān)測的光纖傳感系統(tǒng)測試時，在道路結構多層介質(zhì)內(nèi)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(jīng)光開關分別傳輸給分布式光纖解調(diào)儀和光纖光柵解調(diào)儀，信號在共線傳輸后被分別解調(diào)。本發(fā)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(zhì)的進行狀態(tài)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(xiàn)道路結構的實時監(jiān)測和長期健康監(jiān)測。此外，本發(fā)明技術思路清晰、方法可行且集成的系統(tǒng)成本較低，易于在道路結構的健康監(jiān)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1是基于道路結構多層介質(zhì)全尺度監(jiān)測的光纖傳感系統(tǒng)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(diào)儀；2關開關；3光纖光柵解調(diào)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；U縱向光纖光柵；12橫向光纖光柵。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。采用道路結構多層介質(zhì)全尺度光纖監(jiān)測技術的傳感系統(tǒng)如附圖1所示，利用光線傳感技術，對道路結構的多層介質(zhì)進行全尺度的光纖監(jiān)測，其主要涵括五部分1分布式光纖解調(diào)儀，2關開關3光纖光柵解調(diào)儀，4光纖光柵和5分布式光纖等。其中，4光纖光柵分布在5分布式光纖的局部位置，兩者的共線傳感探頭通過2光開關與3光纖光柵解調(diào)儀和 1分布式光纖解調(diào)儀連接?；诘缆方Y構多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術的測試方法如下首先，當4光纖光柵和5分布式光纖按照附圖1所示的形狀布置在道路結構的多層介質(zhì)中后，利用共線傳感探頭的引出線與2關開關相連，并通過2光開關引出2條光路分別連接到3光纖光柵解調(diào)儀和1分布式光纖解調(diào)儀。其次，進行光路校核，以避免光路中斷路現(xiàn)象的發(fā)生。當線路都保持通路以后，開始測試4光纖光柵和分布式光纖在感受路面荷載后，會產(chǎn)生光信號，由其共線傳感探頭傳遞給2光開關；2光開光將所接受的光信號進行分路傳遞給3光纖光柵解調(diào)儀和1分布式光纖解調(diào)，其各自將分別解調(diào)出局部信號和分布式信號；后將解調(diào)儀解調(diào)后的信息輸入相關的數(shù)據(jù)處理設備，即可得到測試的數(shù)據(jù)結果。整個測試過程即完成。
權利要求
1.一種道路結構多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術，其特征是利用分布式光纖(5)傳感技術，對多層介質(zhì)的道路結構進行較高精度的全尺度監(jiān)測；利用局部光纖光柵(4)傳感技術，對道路結構的多層介質(zhì)進行高精度的局部監(jiān)測。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種道路結構多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術，其特征是 將刻有局部光纖光柵(4)的分布式光纖(5)以彎曲不小于2cm布設在道路結構多層介質(zhì)的全尺度上；以分布式光纖(5)為依托的光纖光柵(4)是沿道路結構內(nèi)部測點的豎向、縱向、 橫向三方向分別布置的，其結構形式呈應變花狀。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種道路結構多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術，其特征是 道路結構多層介質(zhì)的全尺度監(jiān)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(jiān)測技術。
全文摘要
一種道路結構多層介質(zhì)的全尺度光纖監(jiān)測技術，屬于結構智能健康監(jiān)測技術領域。其特征是利用局部刻有光纖光柵的分布式光纖以彎曲半徑不小于2cm的弧度沿道路結構多層介質(zhì)全尺度地布設，作為傳感元件，對道路結構的多層介質(zhì)進行局部高精度、全尺度較高精度的監(jiān)測。本發(fā)明的效果和益處是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(xiàn)道路結構的實時監(jiān)測和長期健康監(jiān)測。此外，本發(fā)明技術思路清晰、方法可行且集成的系統(tǒng)成本較低，易于在道路結構的健康監(jiān)測領域推廣應用，使得道路結構被更加合理高效地利用。
文檔編號E01F11/00GK102175367SQ20111005677
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權日2011年3月10日
發(fā)明者何建平, 劉婉秋, 周智, 王花平, 黃明華 申請人:大連理工大學