[发明专利]荷载与温度耦合作用下路面耦合温度试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种荷载与温度耦合作用下路面耦合温度试验装置，其特征在于：在底座（1）上设置有敞口隔热容器（12），敞口隔热容器（12）内设置有路面试件（13），路面试件（13）内部设置有光纤温度传感器（11），敞口隔热容器（12）左侧壁设置有耦合器（17），底座（1）上还设置有模拟箱（3），模拟箱（3）内两侧下端设置有加热器（18），模拟箱（3）内两侧顶端设置有日光灯（4），模拟箱（3）内顶部设置有温度传感器（5），模拟箱（3）顶部设置有导轨（9），导轨（9）上设置有支撑架（7），支撑架（7）上设置有配重（6），支撑架（7）下端设置有步进电机（10）和与步进电机（10）相联的轮轴，轮轴上设置位于路面试件（13）表面上的滚轮（8），模拟箱（3）内左侧壁设置有激光器（2），模拟箱（3）外还设置有光谱仪（16）、可编程控制器（15）和计算机（14），步进电机（10）和加热器（18）通过导线与可编程控制器（15）相连，温度传感器（5）、光纤温度传感器（11）通过数据线与光谱仪（16）相连，光谱仪（16）通过数据线与计算机（14）相连，可编程控制器（15）通过导线与计算机（14）相连。 

2.根据权利要求1的荷载与温度耦合作用下路面耦合温度试验装置，其特征在于：所述的光纤温度传感器（11）的保护套（11-1）内并列设置有温度感应光纤（11-2）和温度受控光纤（11-4），温度受控光纤（11-4）外部设置有控温管（11-3）。 

3.一种使用权利要求1荷载与温度耦合作用下路面耦合温度试验装置的试验方法，包括以下步骤： 

采用荷载与温度耦合作用下路面耦合温度试验装置（以下简称路面耦合温度试验装置）进行实验时，将路面耦合温度试验装置与现有的实验仪器进行测试。 

1）应用实验室仪器组标定温度变化值σ_T

顺序连接激光器（2）、耦合器（17）、路面温度感应光纤（11-2）、温度受控光纤（11-4）、温度传感器（5）、加热器（18）、光谱仪（16）和计算机（14），温度受控光纤（11-4）与路面温度感应光纤（11-2）并列排布，其中温度受控光纤（11-4）置于玻璃水槽中，玻璃水槽中注水并安装加热器（18）和温度传感器（5），加热器（18）连接可编程控制器（15），计算机（14）通过可编程控制器（15）控制加热器（18）电源的接通或断开，温度传感器（5）将接收到玻璃水槽内的温度信号 转换成电信号并转换成数字信号输出到计算机（14），打开激光器（2）、耦合器（17）、光谱仪（16），通过光谱仪（16）观察调节耦合器（17）出射光的干涉波纹稳定，计算机（14）通过可编程控制器（15）接通加热器（18）的电源，计算机（14）记录玻璃水槽的温度、加热器（18）的通电时间和电流强度，通过光谱仪（16）将光信号转换成电信号并转换成数字信号输出到计算机（14），计算机（14）按照事先设定的程序进行运算输出波纹的移动数目ΔN，测出玻璃水槽、加热器（18）、水的质量，查出玻璃水槽、加热器（18）、水的比热容，根据热平衡原理，计算温度变化量ΔT； 

式中m₁为玻璃水槽的质量、m₂为加热器（18）的质量、m₃为水的质量、c₁为玻璃水槽的比热容、c₂为加热器（18）的比热容、c₃为水的比热容、I为电流强度、R为电阻值、t为加热时间。多次重复测量，测得多组ΔT、ΔN数值，并通过最小二乘法拟合，得到： 

2）日光灯（4）保持恒定光源照明，温度传感器（5）测量模拟箱（3）内的温度记录在计算机（14）中，温度低于设定温度时计算机（14）根据事先设定的程序通过可编程控制器（15）接通加热器（18）的电源为模拟箱（3）加热，使模拟箱（3）中保持恒定温度，控温管（11-3）恒定温度使光纤温度传感器（11）中的路面温度感应光纤（11-2）和温度受控光纤（11-4）与模拟箱（3）中温度一致，开启激光器（2）、耦合器（17）和光谱仪（16），通过控温管（11-3）降低温度受控光纤（11-4）的温度直到T₀，光谱仪（16）将接收的数据输入计算机（14）并在计算机（14）中计算温度受控光纤（11-4）降温过程中干涉波纹的移动数量ΔN₁，并通过计算机（14）计算测试初始无载荷作用下路面温度T_原； 

T_原=T₀+σ_T+ΔN₁

3）通过配重（6）向路面试件（13）施加预定荷载，通过计算机（14）记录加载过程中干涉波纹的移动数量ΔN₂，通过计算机14计算荷载作用下路面温度T_加； 

T_加=T_原+σ_T×ΔN₂

加载的滚轮（8）重复碾压100次得到100个T_加，求平均值

4）分析实验值与理论值的相对误差，计算公式为： 

式中，K₁为相对误差、T_理论为荷载作用下路面不同深度处的温度。 

5）耦合效应的分析评价 

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