[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

说明书

本发明公开了一种基于FBG光纤光栅感测技术的公路应力、应变综合监测方法，包括1）点位布置，2）应力传感器封装，3）应变传感器封装，4）温度补偿传感器封装，5）传感器铺设和6）数据采集几个步骤。将应力传感器、应变传感器及温度补偿传感器铺设至道路的路基层、基层及面层中，可以连续准确测出道路不同结构层不同深度处的应力及应变数据。实现对实验路段应力、应变信息的实时、连续、精确、三维立体的测量。

技术领域

本发明属于道路监测及光纤应用技术领域，具体涉及一种基于FBG光纤光栅感测技术的公路应力、应变综合监测方法。

背景技术

车辆动荷载长期反复作用，会造成公路路基路面不同程度的强度疲劳和变形破坏。为优化公路结构设计，探究在动荷载作用下，公路不同深度处应力、应变耦合关系，揭示公路变形破坏规律，对运营期公路进行实时、长期健康监测，必须对公路路基路面应力、应变进行综合监测。

传统的路基监测方法分为地表监测和内部监测两种。地表监测技术包括：沉降板法、监测墩法、沉降杯法等；路基内部监测技术包括：测斜仪法、钢弦式剖面仪法等。常规的监测方法技术成熟、应用广泛，但大多采用点式监测及数据采集形式，无法实现全断面或三维实时连续监测，地表监测技术监测期间影响公路正常运营，尤为关键的是大多常规监测方法无法对车辆动荷载作用下公路路基路面应力、应变进行实时、连续、精确的综合监测。

FBG光纤光栅是通过测量波长的漂移来实现对被测量体的监测。上世纪90年代，国外就将FBG应用到桥梁结构的健康检测。因其优点突出，在土木工程、岩土工程等众多领域中广泛应用。

发明内容

本发明提供了一种基于FBG光纤光栅感测技术的公路应力、应变综合监测方法，目的在于解决上述技术问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

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，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；