[实用新型]沥青路面压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种沥青路面压力传感器，属于土木工程传感器测试领域。

背景技术

长周期光纤光栅(以下简称LPFG)是一种基于纤芯导模与包层模式耦合理论的传感性光栅，其传感原理为在光纤内传输的同向模式之间在外部介质参量使光纤满足相位匹配条件时将产生谐振耦合，使光波中某频带的光耦合到包层中而损耗掉，从而对介质参量进行检测。

LPFG对其所受的横向负载变化非常敏感，进而可以得到周围环境中横向负载力大小。同时，由于光栅制作过程中紫外光单侧入射导致其写入的LPFG横截面折射率分布不均匀以及介质中存在弹性应力或应变时介质的光学性质(折射率)的变化，使得LPFG谐振光谱的横向负载灵敏度具有方向相关性。

目前使用长周期光纤光栅监测横向负载的主要方法有通过谐振峰波长或谐振峰幅值作为参变量进行监测，其中，对CO₂激光脉冲写入的LPFG横向负载方向特性的监测方法为通过谐振峰波长作为参变量进行监测。2004年8月武汉理工大学何伟等人在《武汉理工大学学报》中发表的文章“长周期光纤光栅横向压力传感特性的研究”中对LPFG横向负载特性进行了初步实验，初步验证普通单模光纤中长周期光纤光栅的双折射效应对光纤横向压力具有很高的灵敏度和良好的线性响应，其灵敏度比光纤布喇格光栅高出2个数量级，并得出LPFG谐振峰波长与横向负载的对应关系。2005年8月，重庆大学王义平等人在《光子学报》中发表的文章“新型长周期光纤光栅的横向负载特性及其偏振相关性研究”中不仅验证了LPFG的横向负载敏感特性，还在国际上首次发现高频CO₂激光脉冲写入的LPFG谐振波长的横向负载特性具有较强的方向相关性，即在圆周0°～180°范围内存在一个谐振波长发生“红”移最敏感的负载方向和发生“蓝”移最敏感的负载方向，以及两个对横向负载不敏感的方向，并且在谐振波长对横向负载比较敏感的圆周方向，谐振波长随负载的变化线性漂移。但由于该方法是基于LPFG谐振峰波长调制，且LPFG谐振峰波长对传感探头附近温度、轴向应变、折射率等变化也具有很好的灵敏性，使得该方法的易受温度等环境参量的影响，并没有完全实现光纤光栅传感器不易受外界干扰的目的。2003年11月，重庆大学胡爱姿等人在《光子学报》中发表的文章“基于新型长周期光纤光栅的动态横向负荷传感器”中，初步对LPFG谐振峰幅值与横向负载的关系进行了研究，但对其方向特性并未进行相关研究。

沥青路面(Asphalt Pavements)是高等级道路的主要类型。美国公路统计年报(Highway Statistics)显示，全美390万公里铺装路面的公路中，沥青路面占94％。我国《2005年公路水路交通行业发展统计公报》表明：截止2005年底，全国公路总里程达到193万公里，高速公路4.1万公里，稳居世界第二，其中95％为沥青路面。沥青路面已成为我国骨干公路路面的主要形式。然而随着公路事业的飞速发展，所暴露出的技术问题也十分严重，沥青路面的早期损害问题越来越多地引起了道路工作者的重视，已成为影响我国公路事业健康发展的突出矛盾，主要表现在：坑槽、龟裂、车辙、裂缝、隆起、松散、露骨、水损伤等，这些道路病害直接影响道路的通车效率和行车安全。同时，由于交通荷载、环境因素的反复作用以及路面结构本身的材料组成，结构施工和养护水平等条件的变异，导致路面产生不同程度、不同形式的破坏，以至于丧失正常的工作能力。

为了促进我国公路交通基础设施的健康发展，沥青路面内部应变场监测有着重要的意义。研究不同路面结构层在不同荷载作用下，各层之间的荷载传递规律、应变规律以及不同结构层应力、应变受温度影响的变化规律显得非常重要，这些规律在沥青路面的长期运营、养护当中具有很强的指导作用。尤为重要的是，这些规律往往是变化的。因此，对于沥青路面来说，建立一个长期、有效的内部应变监测系统具有重要的意义。