[发明专利]一种基于FBG光纤光栅感测技术的公路应力、应变综合监测方法

权利要求书

1.一种基于FBG光纤光栅感测技术的公路应力、应变综合监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）点位布置：包括应力传感器、应变传感器及温度补偿传感器，所述传感器埋设于车轮高频碾压的道路区域，在道路的断面内沿竖直方向埋设多个应力传感器、应变传感器及温度补偿传感器，传感器分布于道路的路基层、基层及面层中，且应力传感器、应变传感器和温度补偿传感器沿同一竖直直线叠加铺设；

2）应力传感器封装：所述应力传感器为FBG微型土压力计，所述FBG微型土压力计的承压面为不锈钢金属膜片，FBG微型土压力计的敏感元件采用短栅距光纤光栅，所述短栅距光纤光栅通过硫化硅橡胶固定于金属膜片的中心处；金属膜片的外层设有铝制壳体，所述短栅距光纤光栅从壳体的侧壁孔引出，多个FBG微型土压力计依次串联连接；

3）应变传感器封装：所述应变传感器采用FBG应变传感器，FBG应变传感器上套设有塑料软管，所述塑料软管的外层封装有铠装线，所述铠装线的外层封装有FRP塑料保护管，所述FRP塑料保护管拉伸变形时，内部的短栅距光纤光栅随FRP塑料保护管等比例变形，将多个FBG应变传感器串联连接，FBG应变传感器的位置与步骤2）中FBG微型土压力计的位置对应；

4）温度补偿传感器封装：所述温度补偿传感器连接于FBG应变传感器光纤的最中间，所述温度补偿传感器采用金属管封装；

5）传感器铺设：

a）路基层传感器铺设：在路基层上，沿道路的横向切割沟槽，沟槽深不小于10cm，在沟槽底部布设传感器，每个车道的车轮高频碾压处设置应力传感器，再铺设应变传感器和温度补偿传感器，各应变传感器与应力传感器对应且同水平布设，温度补偿传感器位于道路中央，传感器铺设完成后将光纤从路肩引出；然后将路基填料回填压实，用同样的方法在沟槽回填层上方处进行第二层传感器的布设、回填与压实，按此步骤在路基层中铺设多层传感器；

b）基层传感器布设：铺设基层时，在路基层的沟槽正上方固定钢板，用于在基层上预留沟槽，所述钢板上设有用于拆除钢板的吊钩；

首先在钢板上涂刷润滑油，使用少量水稳层填料固定钢板，然后铺设水稳层材料，将钢板埋设于水稳层材料中，摊铺机对实验路段进行摊铺，压路机对路基进行压实处理，达到水稳层预定高度，养护结束后将钢板取出，按照步骤a）的方法在基层的沟槽中铺设多层传感器；

c）面层传感器铺设：按照步骤b）的方法在面层上预制沟槽，然后在预制的沟槽中铺设多层传感器，最后将面层铺平；

d）按以上铺设步骤在公路的多个断面铺设传感器，相邻断面之间的距离不小于60cm；

6）数据采集：

将路肩引出的光纤连接至ZX-FP型解调仪上，公路运营时开始采集数据：

a）车辆经过时，采集不同深度H_i处在不同动荷载作用下的应力值σ_ij，绘制应力沿深度方向变化曲线，耦合得出不同动荷载作用下深度与应力的函数关系，探究动荷载作用下公路不同深度应力分布及应力传递情况；

σ_j=f(H)

b）采集不同深度H_i处在不同动荷载作用下的应变值ε_ij，绘制同一时间变形沿深度方向变化曲线，耦合得出深度与应变的函数关系，探究动荷载作用下公路不同深度变形情况；

ε_j=f(H)

c）采集不同动荷载作用下同一时刻不同深度相对应的应力值σ_ij和应变值ε_ij，耦合得出不同深度处应力应变的函数关系式，探究动荷载作用下应力应变耦合关系；

ε_j=f(σ_j)。

2.根据权利要求1所述的基于FBG光纤光栅感测技术的公路应力、应变综合监测方法，其特征在于，所述路基层至少铺设两层传感器，基层至少铺设七层传感器，面层至少铺设两层传感器。