CN107014442A - 基于mmls3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法 - Google Patents
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Abstract
基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法。本发明涉及一种基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法。无冻融条件下模拟路面的布设包括以下步骤：第一步：将模拟路面分成下基层、上基层与面层；第二步：在下基层的中部的中心设置竖向传感器1‑11S；竖向传感器1‑11S的左侧纵向设置水平向传感器1‑1Z，纵向设置的水平向传感器1‑1Z的中心与竖向传感器1‑11S的中心距离为0.24m；纵向设置的水平向传感器1‑1Z的左侧设置土压力计1‑1P，土压力计1‑1P的中心与纵向设置的水平向传感器1‑1Z的中心距离为0.20m；纵向设置的水平向传感器1‑1Z的下方设置温度传感器1‑1T；土压力计1‑1P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m。本发明用于基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法。
背景技术
光纤光栅传感器是在光纤光栅的基础上，以布拉格条件为基础发展起来的一种本征波长调制型传感器。在外界温度、压力、应变变化时引起光纤光栅传感器的布拉格波长移动，通过测量布拉格波长的移动量可实现外界物理量的测量。
20 世纪 80 年代末，将光纤传感器埋入钢筋混凝土来监测结构内部状态参数想法被美国布朗大学的 Mendez 等人提出，并于1992 年，被 Rutger 大学的 Prohaska 等人首次应用于混凝土结构中进行应变测量。这标志着光纤光栅传感器的应用正式进入了土木工程领域。从此以后，越来越多的人们开始关注结构的健康监测问题，全世界众多国家的学者们都纷纷将目光投向了这一研究中。短短二十多年时间，光纤光栅传感器在土木工程中的应用尤其是在房屋结构、桥梁监测中的应用得到了突飞猛进的发展。光纤光栅传感器应用于道路工程中尚处于尝试阶段。国外正在进行的项目如美国足尺寸加速加载试验计划AFD40、佛罗里达州试验路等都运用了部分光纤光栅传感技术，澳大利亚 Monitor OpticsSystems 公司也将光纤光栅传感技术用于沥青路面中，并针对道路使用特点开发光纤光栅应变、位移计、压力等传感器。
目前的研究中，并没有针对基于MMLS3加速加载设备的测试小尺寸模拟路面的光纤光栅传感器布设方案，无法监测模拟路面结构及材料对温度、湿度、荷载等条件变化的响应。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法，用以解决上述问题，提出具有针对性的，使用精准的布设方法。
上述的目的通过以下的技术方法实现：
一种基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法，无冻融条件下模拟路面的布设包括以下步骤：
第一步：将模拟路面分成下基层、上基层与面层；
第二步：在下基层的中部的中心设置竖向传感器1-11S；
竖向传感器1-11S的左侧纵向设置水平向传感器1-1Z，纵向设置的水平向传感器1-1Z的中心与竖向传感器1-11S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器1-1Z的左侧设置土压力计1-1P，土压力计1-1P的中心与纵向设置的水平向传感器1-1Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器1-1Z的下方设置温度传感器1-1T；
土压力计1-1P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器1-11S的右侧横向设置水平向传感器1-1H，横向设置的水平向传感器1-1H的中心与竖向传感器1-11S的中心距离为0.24m；
竖向传感器1-11S的正上方再设置一个竖向传感器1-12S；
第三步：在上基层的中部的中心设置竖向传感器1-21S；
竖向传感器1-21S的左侧纵向设置水平向传感器1-2Z，纵向设置的水平向传感器1-2Z的中心与竖向传感器1-21S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器1-2Z的左侧设置土压力计1-2P，土压力计1-2P的中心与纵向设置的水平向传感器1-2Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器1-2Z的下方设置温度传感器1-2T；
土压力计1-2P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器1-21S的右侧横向设置水平向传感器1-2H，横向设置的水平向传感器1-2H的中心与竖向传感器1-21S的中心距离为0.24m；
竖向传感器1-21S的正上方再设置一个竖向传感器1-22S；
第四步：在面层底部的中心设置竖向传感器1-31S的左侧纵向设置水平向传感器1-3Z，纵向设置的水平向传感器1-3Z的中心与竖向传感器1-31S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器1-3Z的左侧设置土压力计1-3P，土压力计1-3P的中心与纵向设置的水平向传感器1-3Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器1-3Z的下方设置温度传感器1-3T；
土压力计1-3P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器1-31S的右侧横向设置水平向传感器1-3H，横向设置的水平向传感器1-3H的中心与竖向传感器1-31S的中心距离为0.24m；
竖向传感器1-31S的正上方再设置一个竖向传感器1-32S；。
所述的基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法，冻融条件下模拟路面的布设包括以下步骤：
第一步：将模拟路面分成下基层、上基层与面层；
第二步：在下基层的中部的中心设置竖向传感器2-11S；
竖向传感器2-11S的左侧纵向设置水平向传感器2-1Z，纵向设置的水平向传感器2-1Z的中心与竖向传感器2-11S的中心距离为0.24m；
竖向传感器2-11S的右侧横向设置水平向传感器2-1H，横向设置的水平向传感器2-1H的中心与竖向传感器2-11S的中心距离为0.24m；
竖向传感器2-11S的正上方再设置一个竖向传感器2-12S；
第三步：在上基层的中部的中心设置竖向传感器2-21S；
竖向传感器2-21S的左侧横向设置水平向传感器2-2Z，纵向设置的水平向传感器2-2Z的中心与竖向传感器2-21S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器2-2Z的左侧设置土压力计2-2P，土压力计2-2P的中心与纵向设置的水平向传感器2-2Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器2-2Z的下方设置温度传感器2-2T；
土压力计2-2P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-21S的右侧横向设置水平向传感器2-2H，横向设置的水平向传感器2-2H的中心与竖向传感器2-21S的中心距离为0.24m；
横向设置的水平向传感器2-2H的右侧设置渗压计2-2M，渗压计2-2M的中心与横向设置的水平向传感器2-2H的中心距离为0.20m；
渗压计2-2M的右侧与下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-21S的正上方再设置一个竖向传感器2-22S；
第四步：在面层底部的中心设置竖向传感器2-31S的左侧纵向设置水平向传感器2-3Z，纵向设置的水平向传感器2-3Z的中心与竖向传感器2-31S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器2-3Z的左侧设置土压力计2-3P，土压力计2-3P的中心与纵向设置的水平向传感器2-3Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器2-3Z的下方设置温度传感器2-3T；
土压力计2-3P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-31S的右侧竖向设置水平向传感器2-3H，横向设置的水平向传感器2-3H的中心与竖向传感器2-31S的中心距离为0.24m；
横向设置的水平向传感器2-3H的右侧设置渗压计2-3M，渗压计2-3M的中心与横向设置的水平向传感器2-3H的中心距离为0.20m；
渗压计2-3M的右侧与下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-31S的正上方再设置一个竖向传感器2-32S。
有益效果：
1.本发明是针对采用MMLS3加速加载设备测试小尺寸（50cm≤宽度≤100cm，150cm≤长度≤200cm）模拟路面时，来监测模拟路面结构及材料对温度、湿度、荷载等条件变化的响应；有针对性。
2.本发明分别在模拟路面的面层及基层埋设传感器，同时采集不同路面结构层的响应数据。
3.本发明的包括应变、压力、温度传感器，全面监测模拟路面结构及材料对温度、湿度、荷载等条件变化的响应。
4.本发明的包括无冻融条件下的模拟路面传感器布设方案，可以与冻融条件下的模拟路面的采集的响应数据进行对比分析。
5.本发明的包括冻融条件下的模拟路面传感器布设方案，可以评价寒冷地区路面结构及材料的抗冻性能。
6.本发明的模拟路面传感器布设方案，可以针对不同的路面基层材料，进行基层材料抗冻性能的有效评价。
7.本发明通过采集的传感器数据，可以分析不同荷载大小条件下对模拟路面结构的响应变化。
8.本发明通过采集的传感器数据，可以分析不同冻融循环次数条件下对模拟路面结构的响应变化。
附图说明：
附图1是本发明的无冻融地下基层布设示意图。
附图2是本发明的无冻融地上基层布设示意图。
附图3是本发明的无冻融地面层布设示意图。
附图4是本发明的冻融地下基层布设示意图。
附图5是本发明的冻融地上基层布设示意图。
附图6是本发明的冻融地面层布设示意图。
附图7是本发明的光纤光栅原理光纤的折射率示意图。
附图8是本发明的光纤光栅原理光纤芯的折射率示意图。
附图9是本发明的光纤光栅原理去掉光纤芯的折射率示意图。
附图10是本发明的光纤光栅原理光栅周期示意图。
附图11是本发明的光纤光栅原理入射光波形图。
附图12是本发明的光纤光栅原理反射光波形图。
附图13是本发明的光纤光栅原理透射光波形图。
具体实施方式：
实施例1
一种基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法，无冻融条件下模拟路面的布设包括以下步骤：
第一步：将模拟路面分成下基层、上基层与面层；
第二步：在下基层的中部的中心设置竖向传感器1-11S；
竖向传感器1-11S的左侧纵向设置水平向传感器1-1Z，纵向设置的水平向传感器1-1Z的中心与竖向传感器1-11S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器1-1Z的左侧设置土压力计1-1P，土压力计1-1P的中心与纵向设置的水平向传感器1-1Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器1-1Z的下方设置温度传感器1-1T；
土压力计1-1P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器1-11S的右侧横向设置水平向传感器1-1H，横向设置的水平向传感器1-1H的中心与竖向传感器1-11S的中心距离为0.24m；
竖向传感器1-11S的正上方再设置一个竖向传感器1-12S；
下基层的轮迹长度为1.42m；下基层的满载轮迹长度为1.07m；下基层宽度为0.84m；下基层厚度为0.09m；
第三步：在上基层的中部的中心设置竖向传感器1-21S；
竖向传感器1-21S的左侧纵向设置水平向传感器1-2Z，纵向设置的水平向传感器1-2Z的中心与竖向传感器1-21S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器1-2Z的左侧设置土压力计1-2P，土压力计1-2P的中心与纵向设置的水平向传感器1-2Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器1-2Z的下方设置温度传感器1-2T；
土压力计1-2P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器1-21S的右侧横向设置水平向传感器1-2H，横向设置的水平向传感器1-2H的中心与竖向传感器1-21S的中心距离为0.24m；
竖向传感器1-21S的正上方再设置一个竖向传感器1-22S；
上基层的轮迹长度为1.42m；上基层的满载轮迹长度为1.07m；上基层宽度为0.84m；上基层厚度为0.09m；
第四步：在面层底部的中心设置竖向传感器1-31S的左侧纵向设置水平向传感器1-3Z，纵向设置的水平向传感器1-3Z的中心与竖向传感器1-31S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器1-3Z的左侧设置土压力计1-3P，土压力计1-3P的中心与纵向设置的水平向传感器1-3Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器1-3Z的下方设置温度传感器1-3T；
土压力计1-3P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器1-31S的右侧横向设置水平向传感器1-3H，横向设置的水平向传感器1-3H的中心与竖向传感器1-31S的中心距离为0.24m；
竖向传感器1-31S的正上方再设置一个竖向传感器1-32S；
面层的轮迹长度为1.42m；面层的满载轮迹长度为1.07m；面层宽度为0.84m；面层厚度为0.06m。
实施例2
实施例1所述的基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法，冻融条件下模拟路面的布设包括以下步骤：
第一步：将模拟路面分成下基层、上基层与面层；
第二步：在下基层的中部的中心设置竖向传感器2-11S；
竖向传感器2-11S的左侧纵向设置水平向传感器2-1Z，纵向设置的水平向传感器2-1Z的中心与竖向传感器2-11S的中心距离为0.24m；
竖向传感器2-11S的右侧横向设置水平向传感器2-1H，横向设置的水平向传感器2-1H的中心与竖向传感器2-11S的中心距离为0.24m；
竖向传感器2-11S的正上方再设置一个竖向传感器2-12S；
下基层的轮迹长度为1.42m；下基层的满载轮迹长度为1.07m；下基层宽度为0.84m；下基层厚度为0.09m；
第三步：在上基层的中部的中心设置竖向传感器2-21S；
竖向传感器2-21S的左侧纵向设置水平向传感器2-2Z，纵向设置的水平向传感器2-2Z的中心与竖向传感器2-21S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器2-2Z的左侧设置土压力计2-2P，土压力计2-2P的中心与纵向设置的水平向传感器2-2Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器2-2Z的下方设置温度传感器2-2T；
土压力计2-2P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-21S的右侧横向设置水平向传感器2-2H，横向设置的水平向传感器2-2H的中心与竖向传感器2-21S的中心距离为0.24m；
横向设置的水平向传感器2-2H的右侧设置渗压计2-2M，渗压计2-2M的中心与横向设置的水平向传感器2-2H的中心距离为0.20m；
渗压计2-2M的右侧与下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-21S的正上方再设置一个竖向传感器2-22S；
上基层的轮迹长度为1.42m；上基层的满载轮迹长度为1.07m；上基层宽度为0.84m；上基层厚度为0.09m；
第四步：在面层底部的中心设置竖向传感器2-31S的左侧纵向设置水平向传感器2-3Z，纵向设置的水平向传感器2-3Z的中心与竖向传感器2-31S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器2-3Z的左侧设置土压力计2-3P，土压力计2-3P的中心与纵向设置的水平向传感器2-3Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器2-3Z的下方设置温度传感器2-3T；
土压力计2-3P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-31S的右侧横向设置水平向传感器2-3H，横向设置的水平向传感器2-3H的中心与竖向传感器2-31S的中心距离为0.24m；
横向设置的水平向传感器2-3H的右侧设置渗压计2-3M，渗压计2-3M的中心与横向设置的水平向传感器2-3H的中心距离为0.20m；
渗压计2-3M的右侧与下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-31S的正上方再设置一个竖向传感器2-32S。
面层的轮迹长度为1.42m；面层的满载轮迹长度为1.07m；面层宽度为0.84m；面层厚度为0.06m。
水平向应变传感器的型号为JPFBGS-200；
竖向应变传感器的型号为JPFBGS-210；
土压力计的型号为JPFBGF-300；
渗压力计的型号为JPFBGF-200；
温度传感器的型号为JPFBGS-300。
测试方法：
1、根据拟定测试的变量参数，选购相应种类的传感器比如渗压计、水平向传感器等；
2、通过ABAQUS有限元分析软件，确定出荷载响应的影响范围，进而确定出如图1到6的传感器布设位置；
3、对需要使用的所有传感器进行编号；为便于区分，对埋入模拟路面结构的传感器进行编号，同时制作标签，编号采取“数字+数字+字母”的形式对传感器进行有效区分；
4、对使用的各个传感器进行有效标定；
5、铺设模拟路面，同时埋设传感器；
6、采集传感器数据，并进行有效的处理后进一步分析数据规律，得出结论。
工作原理：光纤光栅传感器是在光纤光栅的基础上，以布拉格条件为基础发展起来的一种本征波长调制型传感器。在外界温度、压力、应变变化时引起光纤光栅传感器的布拉格波长移动，通过测量布拉格波长的移动量可实现外界物理量的测量。光通过光纤光栅时，光纤光栅将反射或透射其中以布拉格波长λB为中心波长的窄带光谱分量，如图7-13所示。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法，其特征是：无冻融条件下模拟路面的布设包括以下步骤：
第一步：将模拟路面分成下基层、上基层与面层；
第二步：在下基层的中部的中心设置竖向传感器1-11S；
竖向传感器1-11S的左侧纵向设置水平向传感器1-1Z，纵向设置的水平向传感器1-1Z的中心与竖向传感器1-11S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器1-1Z的左侧设置土压力计1-1P，土压力计1-1P的中心与纵向设置的水平向传感器1-1Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器1-1Z的下方设置温度传感器1-1T；
土压力计1-1P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器1-11S的右侧横向设置水平向传感器1-1H，横向设置的水平向传感器1-1H的中心与竖向传感器1-11S的中心距离为0.24m；
竖向传感器1-11S的正上方再设置一个竖向传感器1-12S；
第三步：在上基层的中部的中心设置竖向传感器1-21S；
竖向传感器1-21S的左侧纵向设置水平向传感器1-2Z，纵向设置的水平向传感器1-2Z的中心与竖向传感器1-21S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器1-2Z的左侧设置土压力计1-2P，土压力计1-2P的中心与纵向设置的水平向传感器1-2Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器1-2Z的下方设置温度传感器1-2T；
土压力计1-2P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器1-21S的右侧横向设置水平向传感器1-2H，横向设置的水平向传感器1-2H的中心与竖向传感器1-21S的中心距离为0.24m；
竖向传感器1-21S的正上方再设置一个竖向传感器1-22S；
第四步：在面层底部的中心设置竖向传感器1-31S的左侧纵向设置水平向传感器1-3Z，纵向设置的水平向传感器1-3Z的中心与竖向传感器1-31S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器1-3Z的左侧设置土压力计1-3P，土压力计1-3P的中心与纵向设置的水平向传感器1-3Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器1-3Z的下方设置温度传感器1-3T；
土压力计1-3P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器1-31S的右侧横向设置水平向传感器1-3H，横向设置的水平向传感器1-3H的中心与竖向传感器1-31S的中心距离为0.24m；
竖向传感器1-31S的正上方再设置一个竖向传感器1-32S；。
2.根据权利要求1所述的基于MMLS3加速加载设备光纤光栅传感器布设方法，其特征是：冻融条件下模拟路面的布设包括以下步骤：
第一步：将模拟路面分成下基层、上基层与面层；
第二步：在下基层的中部的中心设置竖向传感器2-11S；
竖向传感器2-11S的左侧纵向设置水平向传感器2-1Z，纵向设置的水平向传感器2-1Z的中心与竖向传感器2-11S的中心距离为0.24m；
竖向传感器2-11S的右侧横向设置水平向传感器2-1H，横向设置的水平向传感器2-1H的中心与竖向传感器2-11S的中心距离为0.24m；
竖向传感器2-11S的正上方再设置一个竖向传感器2-12S；
第三步：在上基层的中部的中心设置竖向传感器2-21S；
竖向传感器2-21S的左侧横向设置水平向传感器2-2Z，纵向设置的水平向传感器2-2Z的中心与竖向传感器2-21S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器2-2Z的左侧设置土压力计2-2P，土压力计2-2P的中心与纵向设置的水平向传感器2-2Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器2-2Z的下方设置温度传感器2-2T；
土压力计2-2P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-21S的右侧横向设置水平向传感器2-2H，横向设置的水平向传感器2-2H的中心与竖向传感器2-21S的中心距离为0.24m；
横向设置的水平向传感器2-2H的右侧设置渗压计2-2M，渗压计2-2M的中心与横向设置的水平向传感器2-2H的中心距离为0.20m；
渗压计2-2M的右侧与下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-21S的正上方再设置一个竖向传感器2-22S；
第四步：在面层底部的中心设置竖向传感器2-31S的左侧纵向设置水平向传感器2-3Z，纵向设置的水平向传感器2-3Z的中心与竖向传感器2-31S的中心距离为0.24m；
纵向设置的水平向传感器2-3Z的左侧设置土压力计2-3P，土压力计2-3P的中心与纵向设置的水平向传感器2-3Z的中心距离为0.20m；
纵向设置的水平向传感器2-3Z的下方设置温度传感器2-3T；
土压力计2-3P的左侧距离下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-31S的右侧竖向设置水平向传感器2-3H，横向设置的水平向传感器2-3H的中心与竖向传感器2-31S的中心距离为0.24m；
横向设置的水平向传感器2-3H的右侧设置渗压计2-3M，渗压计2-3M的中心与横向设置的水平向传感器2-3H的中心距离为0.20m；
渗压计2-3M的右侧与下基层边框的距离为0.38m；
竖向传感器2-31S的正上方再设置一个竖向传感器2-32S。
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