用於瀝青混凝土路面應變、裂紋測試的封裝fbg傳感器的製作方法
2023-06-07 06:45:56
專利名稱：用於瀝青混凝土路面應變、裂紋測試的封裝fbg傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於浙青混凝土路面應變、裂紋測試的封裝FBG傳感器，具體說就是通過基於光纖光柵(FBG)的應變傳感技術，利用純光纖光柵及與微彈簧固結的光柵光纖組成的兩組應變花實現對浙青混凝土路面主應力方向及大小的監測。本傳感器使用浙青混凝土對內部不同功能的光柵光纖進行封裝，實現對光纖光柵的保護。
背景技術：
從光纖光柵的出現到現在只經歷了短短的十幾年，但由於光纖光柵的精確耐久等一系列優點使其迅速發展成為人類科學領域的聚焦點。光纖在通信領域的運用已影響到千千萬萬人的日常生活，光纖光柵也逐漸展現出其在監測領域的重要性而被廣泛應用。埋入式光纖光柵傳感器是一種基於光纖光柵技術的新型應變傳感器，被廣泛應用於工程監測領域，逐步取代了傳統應變片。但大部分光纖光柵傳感器運用於對大型橋梁、大壩、公路、隧道、高層建築等混凝土結構的應力狀態實施監測，對於浙青混凝土路面的監測卻極少涉及。同時，僅有的一些用於測量浙青混凝土內部應變的光纖光柵傳感器也存在著以下兩種問題(1)封裝材料所導致的誤差由於裸光纖光柵過於纖細，埋入浙青混凝土路面時極易在路面施工過程中損壞，因此必須對光纖光柵進行封裝，以保護其不受外界侵害。現有的傳感器多採用複合材料、鋼管、鋼片等非浙青混凝土材料作為封裝材料，由於此類材料的彈性模量與待測環境中的浙青混凝土彈性模量不一致，傳感器會使其附近區域的應力場和應變場重新分布，導致其測得的應變結果與真實值存在較大差異。(2)測量應變範圍的限制由於光纖光柵本身拉伸長度限制，現有光纖光柵應變傳感器只能監測浙青混凝土結構中的微小應變。但對於路面等受外界荷載較大的浙青混凝土結構，內部往往產生很大的應變，甚至產生裂紋，現有傳感器將不能滿足監測需求。(3)監測應變類型的限制現有光纖光柵傳感器只能監測混凝土內某一方向上的應變，無法測量混凝土平面內主應變的大小及方向。
實用新型內容本實用新型提供了一種能夠精確監測浙青混凝土路面應變、裂紋的光纖光柵傳感器。本傳感器採用所監測浙青混凝土路面的本身材料浙青混凝土進行封裝，利用相同的材料，克服了不同材料不同的彈性模量對監測結果的影響傳感器內光纖光柵採用三角形應變花布設方式，通過對三角形應變花內，每個應變的測量，可以準確監測到混凝土平面的主應力方向及大小。傳感器中光柵均在大標距下工作，有效工作範圍增加，故能夠更加真實客觀的反映材料應變，克服偶然因素對監測可能造成的比較大的影響；傳感器內部埋設了彈簧光柵應變花，實現了對大應變、大裂紋乃至大裂紋的有效監測；傳感器內部純光柵應變花、彈簧光柵應變花、溫度傳感光柵的聯合應用，既實現了高低精度互補工作，對大小應變進行有效監測，又實現了溫度補償，解決了測量時溫度對測量結果的影響。[0008]本實用新型的技術方案如下該用於浙青混凝土路面應變、裂紋測試的封裝FBG傳感器包括三根彈簧光纖光柵、三根純光纖光柵、預製的浙青混凝土封裝結構、六個貫通槽、感溫槽、溫度傳感器和鎧裝光纜。預製的浙青混凝土模具帶有六個貫通槽和一個感溫槽，六個貫通槽分成上、下二層， 上層和下層各三個；三根處於張拉狀態的彈簧光纖光柵置於上層的三個貫通槽中，組成彈簧光柵應變花；三根純光纖光柵置於下層的三個貫通槽中，組成純光柵應變花；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；溫度傳感器置於感溫槽中，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。本實用新型的有益效果是工藝簡單，適於產業化生產，成本低廉；能夠長時間監測浙青混凝土平面的主應力方向及大小；傳感器所採用的封裝材料為浙青混凝土，測量精確度尚。
圖1為預製的浙青混凝土封裝結構示意圖。圖2為用於浙青混凝土路面應變、裂紋測試的封裝FBG傳感器結構示意圖。圖3為本實用新型的封裝FBG傳感器A-A剖面圖。圖4為本實用新型的封裝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預製的浙青混凝土封裝結構；6貫通槽；7感溫槽。
具體實施方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本實用新型的具體實施例。光纖光柵應變傳感器結構，結構如圖1、圖2、圖3和圖4所示，該應變傳感包括三根彈簧光纖光柵1、三根純光纖光柵2、預製的浙青混凝土封裝結構5、兩個貫通槽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，之後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構固結，後對彈簧光纖光柵、純光纖光柵施加預應力，再固結六組光纖光柵的另一端，然後將溫度傳感器埋入感溫區中，最後用鎧裝光纜連接引出的六組光纖光柵及溫度傳感器。
權利要求1. 一種用於浙青混凝土路面應變、裂紋測試的封裝FBG傳感器，其特徵在於，該用於浙青混凝土路面應變、裂紋測試的封裝FBG傳感器包括三根彈簧光纖光柵、三根純光纖光柵、 預製的浙青混凝土封裝結構、六個貫通槽、感溫槽、溫度傳感器和鎧裝光纜，預製的浙青混凝土模具帶有六個貫通槽和一個感溫槽，六個貫通槽分成上、下二層，上層和下層各三個； 三根處於張拉狀態的彈簧光纖光柵置於上層的三個貫通槽中，組成彈簧光柵應變花；三根純光纖光柵置於下層的三個貫通槽中，組成純光柵應變花；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；溫度傳感器置於感溫槽中，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。
專利摘要一種用於瀝青混凝土路面應變、裂紋測試的封裝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、預製的瀝青混凝土封裝結構、六個貫通槽、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，之後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構固結，後對彈簧光纖光柵、純光纖光柵施加預應力，再固結六組光纖光柵的另一端，然後將溫度傳感器埋入感溫區中，最後用鎧裝光纜連接引出的六組光纖光柵及溫度傳感器。該傳感器工藝簡單、布設方便、精確度高、量程大，可實現對瀝青混凝土路面主應力方向及大小的監測，適用於土木工程結構健康監測的瀝青混凝土路面內部變化，適合產業化。
文檔編號G01B11/16GK202101648SQ201120135740
公開日2012年1月4日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者王永成, 趙拓, 趙雪峰, 陳俊東 申請人:大連理工大學