CN106168509A - 基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统，包括N个采用分布式光纤技术的温度传感器，用于测量各层的温度；数据采集箱，所述数据采集箱与N个采用分布式光纤技术的温度传感器连接，收集所述温度传感器采集到的温度数据，并对所收集到的温度数据进行提取分析，以得出沥青路面结构的温度场。本发明可实现对沥青路面结构层从施工阶段到运营阶段的全寿命长期实时监测，能够克服现有技术中的人工检测方式存在的诸多不足和限制，具有精确性、稳定性、高效性、及时性、和长期性。
Description
技术领域
本发明涉及沥青路面结构检测领域，是基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统及其施工方法。
背景技术
公路与人类生活密切相关，对一个国家和地区的经济发展起着决定性作用，是各个地区之间进行交流沟通的纽带。沥青路面结构，以其施工工期短、养护维修成本低、行车舒适、可再生利用等优点而作为国内外高等级公路的主要型式，已经得到长足应用，大面积覆盖寒冷、高温等恶劣气候地区。
然而，处于自然环境中的沥青路面由于受到气候条件与地质条件的影响，其结构内部温度分布不均匀，且变化规律复杂。沥青路面的温度状况对其结构承载能力和使用性能有重要影响，如高温条件引发的路面车辙病害与低温条件导致的面层缩裂等。在沥青路面施工过程中，对其摊铺温度也有较为严格的要求。沥青路面病害产生的原因复杂，大部分病害的根源在于内部结构，由内向外发展，很难从结构表面观察分析路面状况。因此，对于沥青路面温度场进行长期实时监测具有重要意义。
传统的监测方法大部分是使用车辆在路面上巡查，寻找破坏路段，这种方法不仅效率低下，而且很难满足要求。就现有的监测方法而言，对道路的结构健康监测主要是通过肉眼的观察，直到观测到破坏以后才采取相应的措施，此时路面可能已经产生了较为严重的破坏。这种方法花费大量人力、物力和财力，耗时长，无法了解沥青路面在不同荷载、环境作用下、实时的真实受力状况，因此对于路面损坏认识不够全面、确切、及时。由此造成了养护资金浪费、路面质量下降及使用费用上升，不适应现代科学管理的要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统，可对沥青路面温度进行长期实时监测。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统，其特征是：所述监测系统包括
N个分布式光纤温度传感器，所述N个分布式光纤温度传感器纵向通长布置，与道路走向平行，分别埋设在沥青层各层底部，分别用于测量各层的温度；
数据采集箱，所述数据采集箱与N个采用分布式光纤温度传感器连接，收集所述温度传感器采集到的温度数据，并对所收集到的温度数据进行提取分析，以得出沥青路面结构的温度场。
本发明的另一目的在于提出一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统的施工方法，通过该方法施工的沥青路面温度监测系统可实现对沥青路面温度进行长期实时监测。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统的施工方法，其特征在于所述方法包括：
A、铺设沥青底层，并对传感器位置埋设点进行定位；
B、采用柔性材料、高强钢管铠装裸光纤并形成分布式光纤温度传感器；
C、安置分布式光纤温度传感器，铺设该层沥青面层；
D、重复步骤C，直至沥青路面铺设完成后，将分布式光纤温度传感器与数据采集箱连接。
本发明的另一目的在于提出一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统的施工方法，通过该方法施工的沥青路面温度监测系统可实现对沥青路面温度进行长期实时监测。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统的施工方法，其特征在于所述方法包括：
A、在既有路面开设凹槽，凹槽宽度略大于分布式光纤温度传感器直径；
B、各沥青层交界面埋设分布式光纤温度传感器，再用原沥青材料填实凹槽，碾压达到规范要求；
C、沥青路面铺设完成后，将分布式光纤温度传感器与数据采集箱连接。
本发明利用分布式光纤传感技术，在施工阶段和运营阶段对沥青路面结构的温度进行监测，既可用于指导沥青路面施工，也可对路面结构使用性能进行评价，预防并及时发现沥青路面的病害，避免造成损失。该系统能够克服传统的人工检测方式和传统传感器存在的诸多不足和限制，具有精确性、稳定性、高效性、及时性、和长期性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明温度传感器平面位置安装示意图（无中央分隔带）。
图3为本发明的温度传感器平面位置安装示意图（有中央分隔带）。
图4为本发明温度传感器在新建路面的安装大样图。
具体实施方式
以下通过详细说明一个具体实施例，对本发明做进一步阐述。
1、方案设计
一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统，其特征在于该系统采用
分布式光纤技术的温度传感器N个：
纵向通长布置，并与道路中心线平行。为减少车辆行车对光纤测量数据及光纤使用寿命的影响，平面位置应位于道路路肩的0.5m范围内，图1和图2分别列出了两种典型道路横断面情况下的光纤布置范围。由于沥青路面设有多个沥青层，因此该温度传感器分别埋设在各沥青层底部，用于测量各层的温度，见图3和图4。
数据采集箱M个：
N个温度传感器1的温度信号输出端与M个数据采集箱2的N个温度信号输入端连接。通过数据采集箱2对所收集到的温度数据进行提取分析，以得出沥青路面结构的温度场。
2、沥青路面现场埋设传感器方法
A、根据设计图纸要求，对光纤埋设位置进行坐标定位。要求光纤纵向平行于道路中心线，横向坐标、高程与设计位置的偏差符合规范要求。
B、为避免裸光纤在沥青摊铺碾压过程中被破坏，应采用柔性材料、高强钢管铠装裸光纤并形成铠装温度传感器，可以在裸光纤外包覆柔性材料，然后用高强钢管铠装制成分布式光纤温度传感器。
C、对于新建路面，应将传感器安置并固定于设计位置，局部回填沥青混合料，人工摊铺夯实传感器位置的沥青混合料。温度传感器及铠装光纤安设好后，尽快铺设该层沥青，铺设沥青时应尽量注意对光纤的保护，其余施工工艺与施工规范工艺相同。
D、对于既有路面，可采用开微槽方式，如图4所示。先按设计位置开好设计尺寸的凹槽，凹槽宽度可稍大于铠装光纤直径，以便于安装为原则。于各沥青层交界面埋设温度传感器，再用原沥青材料填实凹槽，碾压达到规范要求后即可恢复交通。
3、数据采集、数据传输、数据分析。
N个温度传感器采集沥青路面各结构层的温度状况，通过通长光纤传输到数据采集箱中并由数据采集箱对温度数据进行提取分析，以得出沥青路面结构的温度场。
本发明所设计的沥青路面温度监测系统，具有以下优点：
精确性和稳定性：相对于传统的人工巡检和传统传感器，分布式光纤传感技术灵敏度更高，具有更精确的测量结果；不受电磁影响，不受个人主观因素影响，测量结果更稳定。
高效性和及时性：分布式光纤传感器埋设与沥青路面结构层，与数据采集箱连接，可实时反映沥青路面层任意时刻的温度变化情况。
长期性：相比于短期的人工巡查，分布式光纤寿命较长。在沥青施工阶段即埋入路面结构层中，可用于指导沥青施工，同时也可在后期运营阶段，对沥青路面结构使用状态进行监测与评估。
本发明通过在沥青路面铺筑时埋设分布式光纤传感器，使用道路通长的光纤传输数据，通过数据采集箱对采集的数据进行分析，实时获取沥青路面结构各层的温度场，实现对沥青路面结构层从施工阶段到运营阶段的全寿命长期实时监测。
Claims (4)
1.一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统，其特征是：所述监测系统包括
N个分布式光纤温度传感器，所述N个分布式光纤温度传感器纵向通长布置，与道路走向平行，分别埋设在沥青层各层底部，分别用于测量各层的温度；
数据采集箱，所述数据采集箱与N个采用分布式光纤温度传感器连接，收集所述温度传感器采集到的温度数据，并对所收集到的温度数据进行提取分析，以得出沥青路面结构的温度场。
2.如权利要求1所述的沥青路面温度监测系统，其特征在于：采用柔性材料和高强钢铠装裸光纤并形成分布式光纤温度传感器。
3.一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统的施工方法，其特征在于所述方法包括：
A、铺设沥青底层，并对传感器位置埋设点进行定位；
B、采用柔性材料、高强钢管铠装裸光纤并形成分布式光纤温度传感器；
C、安置分布式光纤温度传感器，铺设该层沥青面层；
D、重复步骤C，直至沥青路面铺设完成后，将分布式光纤温度传感器与数据采集箱连接。
4.一种基于分布式光纤传感技术的沥青路面温度监测系统的施工方法，其特征在于所述方法包括：
A、在既有路面开设凹槽，凹槽宽度略大于分布式光纤温度传感器直径；
B、各沥青层交界面埋设分布式光纤温度传感器，再用原沥青材料填实凹槽，碾压达到规范要求；
C、沥青路面铺设完成后，将分布式光纤温度传感器与数据采集箱连接。
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