[发明专利]一种监测早龄期面板翘曲行为的光纤位移传感器

说明书

本发明提出一种监测早龄期面板翘曲行为的光纤位移传感器，所述传感器包括置于金属管内的弹性棒；所述弹性棒表面开有光纤缠绕槽；所述光纤缠绕槽内设有紧贴于弹性棒表面的光纤；所述光纤尾端设有未与弹性棒表面接触的自由端FBG2；所述自由端FBG2处设有用于温度补偿的第一光栅区域；光纤缠绕槽内的光纤中段FBG1处设有第二光栅区域；所述第一光栅区域、第二光栅区域的中心波长不同；本发明能够保证所设计的传感器精度与量程高、成活率高、具有长期稳定性以及与混凝土本身的相容性高，并结合路面板施工环境与服役条件，保证传感器安装使用的便捷性及与整体监测系统的适应性。

技术领域

本发明涉及监测路面板力学行为的数据传感技术领域，尤其是一种监测早龄期面板翘曲行为的光纤位移传感器。

背景技术

近段时间以来，不少研究人员发现混凝土结构的长期耐久性密切相关与其在早龄期阶段的行为、性状特征有着紧密联系。因此，对混凝土结构早龄期行为进行监测与分析是非常必要的。早龄期变形监测研究国外起步较早（1983年），路面早龄期的监测最早于1994年开展，综合国内外监测技术现状调研情况，对水泥混凝土路面早龄期的行为监测从1994年至今已有二十多年，与相关研究成果紧密相关的监测技术不够完善。

翘曲行为是路面板早龄期行为的重要部分，对路面板的长期服役性能有显著影响。翘曲行为的监测量为面板各位置的竖向位移。以往翘曲行为监测方法中选用的传感器主要是振弦式应变计和LVDT。振弦式应变计感器的关键技术指标一般为精度0.00015mm，量程0.45mm，其使用方法为在基层与面层间进行预埋，一端置入基层，一端伸入面层。LVDT传感器的关键技术参数一般为精度0.001mm，量程2mm，其使用方法为将测量探头贴于面板顶部，随后固定好传感器主体。

这两类传感器在以往翘曲行为研究中大放异彩，然而它们各有局限性：振弦式应变计使用方便，精度较高，且可实现定时自动化采集。然而将其用于翘曲行为监测时，成活率与长期稳定性较低。而且最大量程仅为0.45mm，数值分析与实测的翘曲量级均可达到1mm，数据可信度存疑；LVDT的精度量程可满足路面板早龄期监测要求。但由于放置于路面板外部，在路面板服役期间的恶劣气候条件中易产生扰动而产生测量误差。而且，由于内部构造遇未固化的混凝土浆体易发生传感器失效，无法安装于路面板与基层之间。

综上所述，目前水泥混凝土路面板早龄期监测还存在以下问题：

（1）早龄期路面板支撑状态监测困难。支撑状态包括混凝土固化过程中板底与基层的接触支撑状态以及通车后车辆荷载、环境因素影响下的翘曲行为。目前的研究集中在固化过程中的翘曲研究且测量点较少（一般取板中、板角、板边、1/4板中），实际测量结果显示的不对称翘曲现象与数值分析有较大偏差。

（2）传感器成活率低。振弦式应变计用于竖向位移监测时，由于在长期监测中受到恶劣服役环境及车辆动荷载影响，用于测量竖向位移的传感器成活率偏低。

（3）传感器精度与量程低。传统监测手段无法解决量程与精度的矛盾。

（4）不具备长期稳定性。环境荷载条件下，路面板的翘曲行为在前7天不断发展，第7～14天趋于稳定。然而路面板服役后的翘曲行为研究较少。

发明内容

本发明提出一种监测早龄期面板翘曲行为的光纤位移传感器，能够保证所设计的传感器精度与量程高、成活率高、具有长期稳定性以及与混凝土本身的相容性高，并结合路面板施工环境与服役条件，保证传感器安装使用的便捷性及与整体监测系统的适应性。

本发明采用以下技术方案。