專利名稱：用于瀝青混凝土路面應(yīng)變、裂紋測(cè)試的封裝fbg傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于浙青混凝土路面應(yīng)變、裂紋測(cè)試的封裝FBG傳感器，具體說(shuō)就是通過(guò)基于光纖光柵(FBG)的應(yīng)變傳感技術(shù)，利用純光纖光柵及與微彈簧固結(jié)的光柵光纖組成的兩組應(yīng)變花實(shí)現(xiàn)對(duì)浙青混凝土路面主應(yīng)力方向及大小的監(jiān)測(cè)。本傳感器使用浙青混凝土對(duì)內(nèi)部不同功能的光柵光纖進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光柵的保護(hù)。
背景技術(shù)：
從光纖光柵的出現(xiàn)到現(xiàn)在只經(jīng)歷了短短的十幾年，但由于光纖光柵的精確耐久等一系列優(yōu)點(diǎn)使其迅速發(fā)展成為人類科學(xué)領(lǐng)域的聚焦點(diǎn)。光纖在通信領(lǐng)域的運(yùn)用已影響到千千萬(wàn)萬(wàn)人的日常生活，光纖光柵也逐漸展現(xiàn)出其在監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的重要性而被廣泛應(yīng)用。埋入式光纖光柵傳感器是一種基于光纖光柵技術(shù)的新型應(yīng)變傳感器，被廣泛應(yīng)用于工程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，逐步取代了傳統(tǒng)應(yīng)變片。但大部分光纖光柵傳感器運(yùn)用于對(duì)大型橋梁、大壩、公路、隧道、高層建筑等混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)，對(duì)于浙青混凝土路面的監(jiān)測(cè)卻極少涉及。同時(shí)，僅有的一些用于測(cè)量浙青混凝土內(nèi)部應(yīng)變的光纖光柵傳感器也存在著以下兩種問(wèn)題(1)封裝材料所導(dǎo)致的誤差由于裸光纖光柵過(guò)于纖細(xì)，埋入浙青混凝土路面時(shí)極易在路面施工過(guò)程中損壞，因此必須對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝，以保護(hù)其不受外界侵害?，F(xiàn)有的傳感器多采用復(fù)合材料、鋼管、鋼片等非浙青混凝土材料作為封裝材料，由于此類材料的彈性模量與待測(cè)環(huán)境中的浙青混凝土彈性模量不一致，傳感器會(huì)使其附近區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)重新分布，導(dǎo)致其測(cè)得的應(yīng)變結(jié)果與真實(shí)值存在較大差異。(2)測(cè)量應(yīng)變范圍的限制由于光纖光柵本身拉伸長(zhǎng)度限制，現(xiàn)有光纖光柵應(yīng)變傳感器只能監(jiān)測(cè)浙青混凝土結(jié)構(gòu)中的微小應(yīng)變。但對(duì)于路面等受外界荷載較大的浙青混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部往往產(chǎn)生很大的應(yīng)變，甚至產(chǎn)生裂紋，現(xiàn)有傳感器將不能滿足監(jiān)測(cè)需求。(3)監(jiān)測(cè)應(yīng)變類型的限制現(xiàn)有光纖光柵傳感器只能監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)某一方向上的應(yīng)變，無(wú)法測(cè)量混凝土平面內(nèi)主應(yīng)變的大小及方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種能夠精確監(jiān)測(cè)浙青混凝土路面應(yīng)變、裂紋的光纖光柵傳感器。 本傳感器采用所監(jiān)測(cè)浙青混凝土路面的本身材料浙青混凝土進(jìn)行封裝，利用相同的材料， 克服了不同材料不同的彈性模量對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響傳感器內(nèi)光纖光柵采用三角形應(yīng)變花布設(shè)方式，通過(guò)對(duì)三角形應(yīng)變花內(nèi)，每個(gè)應(yīng)變的測(cè)量，可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)到混凝土平面的主應(yīng)力方向及大小。傳感器中光柵均在大標(biāo)距下工作，有效工作范圍增加，故能夠更加真實(shí)客觀的反映材料應(yīng)變，克服偶然因素對(duì)監(jiān)測(cè)可能造成的比較大的影響；傳感器內(nèi)部埋設(shè)了彈簧光柵應(yīng)變花，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大應(yīng)變、大裂紋乃至大裂紋的有效監(jiān)測(cè)；傳感器內(nèi)部純光柵應(yīng)變花、彈簧光柵應(yīng)變花、溫度傳感光柵的聯(lián)合應(yīng)用，既實(shí)現(xiàn)了高低精度互補(bǔ)工作，對(duì)大小應(yīng)變進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，又實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償，解決了測(cè)量時(shí)溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下該用于浙青混凝土路面應(yīng)變、裂紋測(cè)試的封裝FBG傳感器包括三根彈簧光纖光柵、三根純光纖光柵、預(yù)制的浙青混凝土封裝結(jié)構(gòu)、六個(gè)貫通槽、感溫槽、溫度傳感器和鎧裝光纜。預(yù)制的浙青混凝土模具帶有六個(gè)貫通槽和一個(gè)感溫槽，六個(gè)貫通槽分成上、下二層， 上層和下層各三個(gè)；三根處于張拉狀態(tài)的彈簧光纖光柵置于上層的三個(gè)貫通槽中，組成彈簧光柵應(yīng)變花；三根純光纖光柵置于下層的三個(gè)貫通槽中，組成純光柵應(yīng)變花；彈簧光纖光柵的兩端、純光纖光柵的兩端分別與各自所處的貫通槽兩端固結(jié)；溫度傳感器置于感溫槽中，彈簧光纖光柵、純光纖光柵及溫度傳感器用鎧裝光纜連接引出。本發(fā)明的有益效果是工藝簡(jiǎn)單，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，成本低廉；能夠長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)浙青混凝土平面的主應(yīng)力方向及大??；傳感器所采用的封裝材料為浙青混凝土，測(cè)量精確度高。


圖1為預(yù)制的浙青混凝土封裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為用于浙青混凝土路面應(yīng)變、裂紋測(cè)試的封裝FBG傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的封裝FBG傳感器A-A剖面圖。圖4為本發(fā)明的封裝FBG傳感器B-B剖面圖。圖中1彈簧光纖光柵；2純光纖光柵；3溫度傳感器；4鎧裝光纜；5預(yù)制的浙青混凝土封裝結(jié)構(gòu)；6貫通槽；7感溫槽。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3和圖4所示，該應(yīng)變傳感包括三根彈簧光纖光柵1、三根純光纖光柵2、預(yù)制的浙青混凝土封裝結(jié)構(gòu)5、兩個(gè)貫通槽6、感溫槽 7、溫度傳感器3和鎧裝光纜4。首先分別將三根彈簧光纖光柵、三根純光纖光柵埋入上下兩層貫通槽中，之后用膠將彈簧光纖光柵、純光纖光柵的一端與所處浙青混凝土封裝結(jié)構(gòu)固結(jié)，后對(duì)彈簧光纖光柵、純光纖光柵施加預(yù)應(yīng)力，再固結(jié)六組光纖光柵的另一端，然后將溫度傳感器埋入感溫區(qū)中，最后用鎧裝光纜連接引出的六組光纖光柵及溫度傳感器。
權(quán)利要求
1. 一種用于浙青混凝土路面應(yīng)變、裂紋測(cè)試的封裝FBG傳感器，其特征在于，該應(yīng)用浙青混凝土封裝FBG應(yīng)變傳感器包括彈簧光纖光柵(1)、三根純光纖光柵O)、三根預(yù)制的浙青浙青混凝土封裝結(jié)構(gòu)(5)、六個(gè)貫通槽(6)、感溫槽(7)、溫度傳感器(3)、鎧裝光纜(4)； 預(yù)制的浙青混凝土封裝結(jié)構(gòu)帶有六個(gè)貫通槽和一個(gè)感溫槽，六個(gè)貫通槽分成上、下二層，上層和下層各三個(gè)；三根處于張拉狀態(tài)的彈簧光纖光柵置于上層的三個(gè)貫通槽中，組成彈簧光柵應(yīng)變花；三根純光纖光柵置于下層的三個(gè)貫通槽中，組成純光柵應(yīng)變花；彈簧光纖光柵的兩端、純光纖光柵的兩端分別與各自所處的貫通槽兩端固結(jié)；溫度傳感器置于感溫槽中，彈簧光纖光柵、純光纖光柵及溫度傳感器用鎧裝光纜連接引出。
全文摘要
一種用于瀝青混凝土路面應(yīng)變、裂紋測(cè)試的封裝FBG傳感器，該傳感器包括三根彈簧光纖光柵、三根純光纖光柵、預(yù)制的瀝青混凝土封裝結(jié)構(gòu)、六個(gè)貫通槽、感溫槽、溫度傳感器、鎧裝光纜。三根彈簧光纖光柵、三根純光纖光柵分別埋入上下兩層貫通槽中，之后用膠將彈簧光纖光柵、純光纖光柵的一端與所處瀝青混凝土封裝結(jié)構(gòu)固結(jié)，后對(duì)彈簧光纖光柵、純光纖光柵施加預(yù)應(yīng)力，再固結(jié)六組光纖光柵的另一端，然后將溫度傳感器埋入感溫區(qū)中，最后用鎧裝光纜連接引出的六組光纖光柵及溫度傳感器。該傳感器工藝簡(jiǎn)單、布設(shè)方便、精確度高、量程大，可實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青混凝土路面主應(yīng)力方向及大小的監(jiān)測(cè)，適用于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的瀝青混凝土路面內(nèi)部變化，適合產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)G01B11/16GK102278947SQ20111011173
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者王永成, 趙拓, 趙雪峰, 陳俊東 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)