[实用新型]光纤光栅埋入式沥青混凝土应变传感器

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及应变监测技术，具体说就是一种光纤光栅埋入式沥青混凝土应变传感器。 

(二)背景技术

1978年，加拿大的Hill发明掺锗光纤中光致折射率变化的现象使芯内光栅得以问世。1989年，美国的Meltz发明掺锗光纤光栅紫外侧写入技术，人们利用这一技术可以方便地制作各种常数的光纤光栅，使得成本大大降低，为其广泛应用奠定了基础。光纤光栅用于传感的主要优点体现在：能避免电磁场的干扰，电绝缘性好；不受潮湿环境影响；耐久性好，具有抵抗包括高温(小于600℃)在内的各种恶劣环境及化学侵蚀的能力，具有承受振动和冲击的能力；质量轻、体积小、对结构影响小、易于布置；既可以实现点测量，也可以实现分布式测量；绝对测量；节省线路，只用一根线就可以传送结构状态信号；信号、数据可多路传输，便于与计算机连接，单位长度上信号衰减小；灵敏度高，精度高；频带宽，信噪比高等。但是，由于裸光纤光栅特别纤细，外径约为125微米左右，其主要成分是SiO₂，因此特别脆弱，尤其它的抗剪能力很差，直接将其作为传感元件在工程实际中遇到了布设工艺难题，根本不能适应沥青混凝土路面粗放式生产方式与恶劣的服役环境，严重地制约了光纤光栅在公路工程中的应用。目前随着社会经济的发展，车辆数量猛增且迅速大型化，使公路路面也面临严峻的考验，出现了很多破损现象，直接影响道路的通车效率和行车安全。因此，研究不同路面结构层在不同荷载作用下结构层之间的荷载传递规律、应变规律显得非常重要。对于沥青混凝土路面应变测试，传统的传感器有很多不足的地方：(1)电磁类传感器线性度差，对电磁的抗干扰性能差，仪器较为笨重，稳定性和可靠性差，无法长期稳定并及时地提供准确的监测信息；(2)传统的电阻应变片受环境影响较大，由于温漂和零温的影响，长期应变测试的结果会严重失真，同时存在布设困难的问题；(3)振弦式应变传感器其灵敏度和稳定性较好，但是由于钢弦蠕变的原因，钢弦式应变传感器的正常 使用年限有限，使用也不是很方便，不适合大规模集成使用。 

(三)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种将光纤光栅同弹性模量与沥青混凝土基本匹配的热塑性树脂材料相复合，从而制成耐久性好、可以准分布布设、精度高、方便施工操作、适应沥青混凝土路面内部应变监测的光纤光栅埋入式沥青混凝土应变传感器。 

本实用新型的目的是这样实现的：它是由热塑性树脂棒、光纤布拉格光栅、金属扩大头、铠装光缆和光纤组成的，光纤布拉格光栅偏心封装在热塑性树脂棒中间，热塑性树脂棒外表面连接有金属扩大头，铠装光缆连接光纤，光纤连接光纤布拉格光栅。 

本实用新型光纤光栅埋入式沥青混凝土应变传感器，具有耐腐蚀、传感精度高、抗电磁干扰、绝对测量、准分布、抗潮防水、稳定性与耐久性好等优点。同时由于其封装材料采用的是热塑性树脂基复合材料，其弹性模量可以根据被测沥青混凝土基体的弹性模量进行设计配比，可以大大提高测量精确性。利用光纤光栅测量应变原理、优良的应用性能和此种特别的结构形式，可以对沥青混凝土内部应变进行监测，从而为沥青混凝土路面结构基础力学理论深入研究及路面养护、维修提供可靠的依据。 

(四)附图说明

图1为本实用新型的结构主视图； 

图2为本实用新型的结构侧视图； 

图3为本实用新型的生产基本原理示意图，图中：11：毛细金属钢管12：观察窗；13：FBG；14：金属夹块；15：挤入熔融树脂；6：模具；7：裸光栅(准分布连接)；8：预张力；9：FBG调制解调仪。 

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型作进一步说明。 

实施例1：结合图1，本实用新型一种光纤光栅埋入式沥青混凝土应变传感器，它是由热塑性树脂棒(2)、光纤布拉格光栅(1)、金属扩大头(3)、铠装光缆(5)和光纤(4)组成的，光纤布拉格光栅(1)偏心封装在热塑性树脂棒(2)中间，热塑性树脂棒(2)外表 面连接有金属扩大头(3)，铠装光缆连接光纤(4)，光纤(4)连接光纤布拉格光栅(1)。 

实施例2：本实用新型一种光纤光栅埋入式沥青混凝土应变传感器，制作过程如下： 

(1)将树脂挤出机的电源打开，并设定挤出机三个腔体的温度，加热1个小时左右，使三个腔体的温度都能达到预设温度，保证树脂混合料的流变性，以便使熔融的混合料顺利挤出。