基于光纖光柵的瀝青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器的制造方法
【專利摘要】一種基于光纖光柵的瀝青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器，屬于道路設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是采用光纖光柵作為變形敏感元件，利用高彈性薄金屬圓筒作為材料側(cè)向應(yīng)力應(yīng)變轉(zhuǎn)換元件，并可調(diào)節(jié)圓筒直徑。將套有瀝青路面材料的放到材料機(jī)上，可進(jìn)行加載，光纖光柵同時(shí)測(cè)得側(cè)向應(yīng)變讀數(shù)，再通過套筒模量，轉(zhuǎn)化為應(yīng)力讀數(shù)。本發(fā)明測(cè)試精度高、造價(jià)低、便攜性、穩(wěn)定性好，不僅能對(duì)瀝青混合料的動(dòng)、靜態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)也可用于單純的骨料組合的動(dòng)、靜態(tài)側(cè)向穩(wěn)定性的檢驗(yàn)；相對(duì)Hveem方法，通過改變光纖光柵敏感元件的數(shù)量可以實(shí)現(xiàn)豎向多截面測(cè)量，測(cè)試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。
【專利說明】基于光纖光柵的瀝青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于道路實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，涉及到一種利用光纖光柵應(yīng)變測(cè)試技術(shù)對(duì)浙青路面建筑材料的側(cè)向穩(wěn)定性的進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體涉及一種基于光纖光柵的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器。
技術(shù)背景
[0002]道路是交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，近年來我國公路建設(shè)投資均占我國GDP的2%-3%。但從全世界范圍來看，道路的早期病害問題從未得到根本解決。另一方面，路面的維修對(duì)道路通行的影響變得越來越難以忍受，并容易已發(fā)惡性交通事故。因此，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及對(duì)道路的承載重交通需求，提高道路結(jié)構(gòu)的使用性能已經(jīng)成為道路工程的重點(diǎn)研究目標(biāo)之一。
[0003]車轍一直是浙青路面的主要病害之一，而層內(nèi)剪應(yīng)力以及剪切流動(dòng)是車轍發(fā)生的主要原因。浙青路面的抗車轍設(shè)計(jì)也是從結(jié)構(gòu)和材料等角度降低浙青混合料的剪應(yīng)力或是提高抵抗重復(fù)重荷載的剪應(yīng)力強(qiáng)度。車轍主要是發(fā)生在夏天高溫、浙青材料粘結(jié)力變?nèi)醯那闆r下。但浙青卻不是車轍產(chǎn)生的唯一影響因素，根據(jù)摩爾庫侖理論，骨料的影響也是非常重要的。道路工程中一度應(yīng)用最廣泛的實(shí)驗(yàn)方法Hveem和Marshall方法都是從浙青混合料成型后的整體去考慮試樣的側(cè)向穩(wěn)定性以判斷材料的抗車轍能力。
[0004]Marshall方法是目前應(yīng)用的最廣泛的浙青路面設(shè)計(jì)工序之一。它的測(cè)試設(shè)備廉價(jià)且便攜性好。但它不能夠充分直接的反映浙青混合料的剪切強(qiáng)度信息。Hveem方法直接測(cè)量剪切強(qiáng)度的內(nèi)摩擦部分，但其缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)儀器造價(jià)較高，便攜能力差，而且測(cè)試的液壓數(shù)據(jù)存在精度和路面材料指標(biāo)轉(zhuǎn)換上不是特別明確等問題。
[0005]針對(duì)上述問題，結(jié)合光纖傳感技術(shù)的性能穩(wěn)定、耐久性好、靈敏度高、抗電磁干擾強(qiáng)、便于分布式測(cè)量、集數(shù)據(jù)傳輸和傳感于一體的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明提供了一種測(cè)試浙青路面材料剪切強(qiáng)度信息的實(shí)驗(yàn)儀器，該儀器具備測(cè)試精度高、造價(jià)低、便攜性、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該儀器不僅能對(duì)浙青混合料的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)也可用于單純的骨料組合側(cè)向穩(wěn)定性的檢驗(yàn)，這是傳統(tǒng)方法不能夠做到的。Hveem方法用壓縮液體體積測(cè)量測(cè)向壓力，測(cè)向變形與壓力之間的關(guān)系并不明確，很難模擬試件在實(shí)際路面中的受力。本發(fā)明通過改變光纖光柵敏感元件的數(shù)量可以實(shí)現(xiàn)豎向多截面測(cè)量，比起Hveem方法的整體均勻化，測(cè)試數(shù)據(jù)要更加準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于光纖光柵高精度應(yīng)變測(cè)試技術(shù)，測(cè)試柔性路面材料側(cè)向穩(wěn)定性的傳感器。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種基于光纖光柵的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器，包括裸光纖光柵、側(cè)面開口金屬圓筒、光柵固定塊、不受力金屬片以及調(diào)節(jié)金屬圓筒直徑的控制裝置；光纖光柵作為變形敏感元件。將多個(gè)光纖光柵沿橫向外徑不同截面分別繞在側(cè)向開口金屬筒上。在側(cè)向開口金屬筒上開口處設(shè)置多個(gè)固定塊和兩條固定帶，固定塊用來固定光纖光柵，固定帶中間有開孔，可以允許螺栓進(jìn)入，以螺栓調(diào)節(jié)金屬筒的直徑。其中，金屬圓筒的厚度不大于
1.5_，采用彈簧鋼等高彈性合金。不受力金屬片設(shè)置在側(cè)面開口金屬圓筒的邊沿，一條光纖光柵固定在不受力金屬片上，用來溫度補(bǔ)償。
[0009]固定帶采用纖維強(qiáng)化塑料(FRP,Fiber Reinforced Polymer)、環(huán)氧樹脂材料或焊接金屬材料構(gòu)成，固定塊采用纖維強(qiáng)化塑料或環(huán)氧樹脂材料構(gòu)成。
[0010]該浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器既可以測(cè)量浙青混合料試件的側(cè)向穩(wěn)定性，也可以測(cè)量級(jí)配骨料組合的側(cè)向穩(wěn)定性。測(cè)試浙青混合料試件側(cè)向穩(wěn)定性時(shí)，將試件放入套筒中，通過螺栓調(diào)節(jié)，令套筒夾緊試件。然后就可將儀器和試件一起放到材料試驗(yàn)機(jī)上，進(jìn)行軸向加載實(shí)驗(yàn)，可以完成動(dòng)、靜載試驗(yàn)下的側(cè)向穩(wěn)定參數(shù)測(cè)量。測(cè)試級(jí)配骨料組合側(cè)向穩(wěn)定性時(shí)，先調(diào)節(jié)邊緣螺栓，令套筒閉合。再向套筒中加入不同混合方式的骨料，壓實(shí)后可放到材料試驗(yàn)機(jī)上做加載試驗(yàn)。本發(fā)明的傳感器可在套筒不同橫向截面位置預(yù)制多個(gè)光纖光柵，光纖光柵測(cè)量的是套筒的應(yīng)變值，而套筒是由均勻彈性金屬制成，因此光纖光柵測(cè)量的應(yīng)變值可以轉(zhuǎn)化成應(yīng)力值，多個(gè)光纖光柵就可測(cè)量多個(gè)截面的應(yīng)力變化。本儀器還置有溫度補(bǔ)償元件，可以消除溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。
[0011]本發(fā)明測(cè)試精度高、造價(jià)低、便攜性、穩(wěn)定性好，可以測(cè)量動(dòng)靜荷載作用下得側(cè)向穩(wěn)定參數(shù)，其通過金屬筒給加載中的測(cè)試對(duì)象彈性的側(cè)向限制，再通過光纖光柵測(cè)得的應(yīng)變反推出側(cè)向限制力來判斷測(cè)試對(duì)象的側(cè)向穩(wěn)定性的。通過調(diào)節(jié)金屬筒的壁厚改變圓筒的膨脹模量，通常壁厚調(diào)節(jié)至膨脹模量與同溫度下浙青混合料的模量一致，以更好的模擬試件在實(shí)際道路結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)。在同樣的溫度和同樣的豎向受力情況下，傳感器測(cè)得的應(yīng)力越小，說明維持試件穩(wěn)定所需的測(cè)向力越小，則在道路結(jié)構(gòu)中，同樣材料加載處對(duì)周圍材料測(cè)向力越小，周圍材料發(fā)生流動(dòng)性車轍變形的可能性就越小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖是基于光纖光柵的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中:1側(cè)面開口金屬圓筒；2裸光纖光柵；3固定塊；4固定帶；5螺栓；
[0014]6不受力金屬片；7跳線；8光纖光柵解調(diào)儀。
具體實(shí)施方案
[0015]下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0016]如圖所示，主要包括側(cè)面開口金屬圓筒1、裸光纖光柵2、固定塊3、固定帶4、螺栓
5、不受力金屬片6和跳線7。將多個(gè)裸光纖光柵沿側(cè)向開口金屬筒橫向外徑分別繞在不同截面，并拉緊光柵由固定塊固定。金屬筒的外側(cè)開口處沿豎向由螺栓固定帶上的螺栓固定閉合。
[0017]在測(cè)試浙青混合料試件側(cè)向穩(wěn)定性時(shí)，將試件放入套筒中，通過螺栓調(diào)節(jié)，令套筒夾緊試件，松緊程度可由固定在套筒上的光柵應(yīng)變讀數(shù)確定。然后可將儀器和試件一起放到材料試驗(yàn)機(jī)上，進(jìn)行軸向動(dòng)、靜加載實(shí)驗(yàn)，再通過光纖光柵解調(diào)儀讀出在不同荷載作用下，圓筒的側(cè)向應(yīng)變。測(cè)試級(jí)配骨料組合側(cè)向穩(wěn)定性時(shí)，先調(diào)節(jié)邊緣螺栓，令套筒閉合。再向套筒中加入不同混合方式的骨料，壓實(shí)后可放到材料試驗(yàn)機(jī)上做加載試驗(yàn)，并讀數(shù)。光纖光柵測(cè)量的是套筒的應(yīng)變值，而套筒是由均勻彈性金屬制成，因此光纖光柵測(cè)量的應(yīng)變值可以轉(zhuǎn)化成應(yīng)力值。另有一條光纖光柵固定在不受力金屬片上，作為溫度補(bǔ)償元件，可以消除溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖光柵的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器，其特征在于，該浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器包括裸光纖光柵、側(cè)面開口金屬圓筒、光柵固定塊、不受力金屬片以及調(diào)節(jié)金屬圓筒直徑的控制裝置；光纖光柵作為變形敏感元件；將多個(gè)光纖光柵沿橫向外徑不同截面分別繞在側(cè)向開口金屬筒上；在側(cè)向開口金屬筒上開口處設(shè)置多個(gè)固定塊和兩條固定帶，固定塊用來固定光纖光柵，固定帶中間有開孔，允許螺栓進(jìn)入，以螺栓調(diào)節(jié)金屬筒的直徑；不受力金屬片設(shè)置在側(cè)面開口金屬圓筒的邊沿，一條光纖光柵固定在不受力金屬片上，用來溫度補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器，其特征在于，所述的金屬圓筒的厚度不大于1.5_，通過調(diào)節(jié)金屬筒的壁厚改變圓筒的膨脹模量，壁厚調(diào)節(jié)至膨脹模量與同溫度下浙青混合料的模量一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器，其特征在于，所述的金屬圓筒采用彈簧鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器，其特征在于，所述的固定帶采用纖維強(qiáng)化塑料、環(huán)氧樹脂材料或焊接金屬材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器，其特征在于，所述的固定帶采用纖維強(qiáng)化塑料、環(huán)氧樹脂材料或焊接金屬材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器，其特征在于，固定塊采用纖維強(qiáng)化塑料或環(huán)氧樹脂材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器，其特征在于，固定塊采用纖維強(qiáng)化塑料或環(huán)氧樹脂材料構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的浙青路面材料側(cè)向穩(wěn)定傳感器，其特征在于，固定塊采用纖維強(qiáng)化塑料或環(huán)氧樹脂材料構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G01N3/24GK103792149SQ201410076966
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】劉婉秋, 趙延慶, 周長紅, 曹丹丹, 邢曉瑩, 姜臻 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)