CN106969873A - 基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置及方法 - Google Patents

基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置及方法 Download PDF

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彭斌
胡小弟
周永莲
吉永海
张继军
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HUBEI GUOCHUANG HI-TECH MATERIAL Co Ltd
Wuhan Institute of Technology
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HUBEI GUOCHUANG HI-TECH MATERIAL Co Ltd
Wuhan Institute of Technology
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    • G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
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    • G01L11/025—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre

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Abstract

基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置及方法，装置包括外筒、内筒、5个PVC管和5个光纤传感器，5个PVC管固定在外筒和内筒之间、并形成十字梁五维结构，各个光纤传感器分别置于对应一个PVC管内；外筒和内筒之间填充混凝土，固定在内筒上的PVC管末端采用周边固支型的平膜片作为光纤传感器的弹性元件。测量方法将各个光纤光栅传感器接入调制解调仪的通道口，调制解调仪记录各方向动水压力的变化，最后分析出不同速度、同一方向及同一速度、不同方向下动水压力的变化趋势。本发明对动水压力造成的沥青混合料损害情况作出初步判定分析，为提升沥青与集料的抗冲刷、抗水损性能提供数据支持；测试简单方便，灵敏度和测量精度高。

Description

基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置及方法
技术领域
本发明涉及交通工程领域，具体涉及一种基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置及方法。
背景技术
水是沥青路面发生水损坏的关键条件，而水损坏是路面发生早期损坏的主要表现形式。诱使沥青路面发生水损坏的主要原因是动水压力，而动水压力一般存在于面层结构中。要了解水损害，需要定性或者定量描述动水压力对沥青混合料的损害。测量沥青路面动水压力，有利于对动水压力造成的沥青混合料损害情况作出初步的判定分析，为提升沥青与集料的抗冲刷、抗水损性能提供科学的数据支持。目前获取路面动水压力的方法主要有数值分析法和现场实测法。数值分析方法获得的数据受诸多因素的限制，其结论仍需要现场实测验证。而目前现场实测法使用的测量仪器很难准确的测出动水压力的大小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有路面动水压力获取方法存在的上述不足，提供一种基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置及方法，尤其适用于现场实测沥青路面动水压力，对动水压力造成的沥青混合料损害情况作出初步的判定分析，为提升沥青与集料的抗冲刷、抗水损性能提供科学的数据支持。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置，包括外筒、内筒、5个PVC管和5个光纤传感器，5个PVC管固定在外筒和内筒之间、并形成十字梁五维结构，各个光纤传感器分别置于对应一个PVC管内(PVC管用于保护光纤传感器，5个单向的光纤传感器同时也形成十字梁五维力传感器结构，用来测量不同方位的动水压力)；外筒和内筒之间填充混凝土(以保证装置稳固性)，固定在内筒上的PVC管末端采用周边固支型的平膜片作为光纤传感器的弹性元件。
按上述方案，所述光纤传感器采用光纤光栅传感器。
按上述方案，所述外筒和内筒采用木制的正方体结构。
本发明还提供了一种上述基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置的测量方法，包括如下步骤：
S1、埋设沥青路面动水压力实测装置：在沥青路面的测试处经过取芯、切槽，用水泥砂浆修补坑槽预留出一个能刚好装下所述基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置的立方体坑槽，坑槽底部铺设一层3cm厚的细砂并找平；然后将所述基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置平稳放在细砂上，并保持实测装置顶面与水稳基层平齐；将延伸出来做好标记的各个光纤光栅传感器的光纤分别接入调制解调仪的通道口，并接入电脑上；
S2、测量沥青路面的动水压力：在内筒(传感器组件中间槽)中注满水，并始终保持饱水状态，车辆以不同的速度经过实测装置正上方，通过调制解调仪记录各方向动水压力的变化，最后分析出40～100km/h不同速度、同一方向及同一速度、不同方向下动水压力的变化趋势。
本发明的工作原理：五维光纤传感器通过由外筒、内筒、PVC管自制的夹具埋设于沥青路面面层中，此处路面积水时，水压力产生的应力通过平膜片传至光纤光栅传感器，通过测得光纤光栅波长的变化，可获得动水压力的变化情况。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、通过五维光纤传感器对动水压力造成的沥青混合料损害情况作出初步的判定分析，为提升沥青与集料的抗冲刷、抗水损性能提供科学的数据支持；
2、结构简单，测试简单方便，传感器灵敏度高，测量精度高。
附图说明
图1为本发明基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置的结构示意图；
图中，1-外筒，2-内筒，3-PVC管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进一步的描述，所举实例只用于解释说明本发明，并非限定本发明的应用范围。
如图1所示，本发明实施例所述的基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置，包括外筒1、内筒2、5个具有一定硬度的PVC管3和5个光纤传感器，5个PVC管3固定在外筒1和内筒2之间、并形成十字梁五维结构，各个光纤传感器分别置于对应一个PVC管3内，PVC管3用于保护光纤传感器，5个单向的光纤传感器同时也形成十字梁五维力传感器结构，用来测量不同方位的动水压力；外筒1和内筒2之间填充混凝土，以保证装置稳固性，固定在内筒2上的PVC管末端采用周边固支型的平膜片作为光纤传感器的弹性元件。
实施例中光纤传感器采用光纤光栅传感器。
外筒1和内筒2采用木制的正方体结构。
本发明基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置的测量方法，包括如下步骤：
S1、埋设沥青路面动水压力实测装置：在沥青路面的测试处经过取芯、切槽，用水泥砂浆修补坑槽预留出一个能刚好装下所述基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置的立方体坑槽，坑槽底部铺设一层3cm厚的细砂并找平；然后将所述基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置平稳放在细砂上，并保持实测装置顶面与水稳基层平齐；将延伸出来做好标记的各个光纤光栅传感器的光纤分别接入调制解调仪的通道口，并接入电脑上；
S2、测量沥青路面的动水压力：在内筒(传感器组件中间槽)中注满水，并始终保持饱水状态，车辆以不同的速度经过实测装置正上方，通过调制解调仪记录各方向动水压力的变化，最后分析出40～100km/h不同速度、同一方向及同一速度、不同方向下动水压力的变化趋势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置，其特征在于，包括外筒、内筒、5个PVC管和5个光纤传感器，5个PVC管固定在外筒和内筒之间、并形成十字梁五维结构，各个光纤传感器分别置于对应一个PVC管内；外筒和内筒之间填充混凝土，固定在内筒上的PVC管末端采用周边固支型的平膜片作为光纤传感器的弹性元件。
2.根据权利要求1所述的基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置，其特征在于，所述光纤传感器采用光纤光栅传感器。
3.根据权利要求1所述的基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置，其特征在于，所述外筒和内筒采用木制的正方体结构。
4.一种权利要求1～3任一项所述基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、埋设沥青路面动水压力实测装置：在沥青路面的测试处经过取芯、切槽，用水泥砂浆修补坑槽预留出一个能刚好装下所述基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置的立方体坑槽，坑槽底部铺设一层3cm厚的细砂并找平；然后将所述基于五维光纤传感器的沥青路面动水压力实测装置平稳放在细砂上，并保持实测装置顶面与水稳基层平齐；将延伸出来做好标记的各个光纤光栅传感器的光纤分别接入调制解调仪的通道口，并接入电脑上；
S2、测量沥青路面的动水压力：在内筒中注满水，并始终保持饱水状态，车辆以不同的速度经过实测装置正上方，通过调制解调仪记录各方向动水压力的变化，最后分析出40～100km/h不同速度、同一方向及同一速度、不同方向下动水压力的变化趋势。
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