CN108547203A - 基于ofdr的沥青路面变形监测系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于OFDR的沥青路面变形监测系统及使用方法，系统包括应变传感光纤、温度补偿光纤、光纤数据采集与传输系统、光纤数据处理与分析系统和监测结果显示系统。通过在土工格栅表面采用S型布设分布式传感光纤，并将土工格栅嵌于沥青路面中间，使用数据采集仪进行光纤数据的实时采集和传输，再通过光纤数据处理系统获取沥青路面的应变、温度变化等信息，经过监测结果显示系统显现出来。与现有技术相比，本发明具有高灵敏度、高空间分辨率、测量精度大、抗干扰能力强的优点，能够实时监控沥青路面应变，以获知高速公路中沥青路面的变形发展规律。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程监测领域，尤其涉及基于OFDR(Optical Frequency DomainReflectometer)的沥青路面变形监测系统及使用方法。
背景技术
随着经济社会的快速发展，市政道路建设不仅与人们日常生产生活息息相关，同时也是一项惠及民生的建筑工程，因此其质量的好坏备受社会各界的关注。沥青路面自身具有路面开阔平整、取材方便、流程简单等优点，同时也有一定的缺陷，即受到车辆长时间的反复碾压之后容易出现变形、开裂以及车辙等情况。沥青路面的变形不仅会影响行车舒适性，还会直接影响交通安全。如何实现对沥青路面的实时动态监测，从而对沥青路面变形进行监测已成为工程领域关注和研究的热点之一。
目前主要采用电阻式应变片、裂缝测宽仪及激光检测等监测手段，这些手段存在着以下不足之处：(1)多是点式传感器，只能采集有限的数据，容易漏检，不能够有效保障监测有效性，无法全面反映监测对象的变形特点；(2)信息反馈有滞后，导致时间上产生误差，后期的数据处理不够智能化；(3)测点布置繁琐，而且测点存活率低，影响监测进度；(4)劳动强度较大，需要监测人员花费大量时间去投入，在自动化方面处于欠缺状态；(5)仪器的测量精度低，难以获得监测对象细微的变化。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于OFDR的沥青路面变形监测系统及使用方法。
技术方案：基于OFDR的沥青路面变形监测系统，包括相邻铺设在土工格栅上的应变传感光纤和温度补偿光纤、光纤数据采集与传输系统、光纤数据处理与分析系统和监测结果显示系统，数据采集与传输系统将采集到的应变传感光纤和温度补偿光纤的数据导入光纤数据处理与分析系统处理后，显示在监测结果显示系统中。
土工格栅材料为玻璃纤维，土工格栅表面有凹槽；应变传感光纤受力绷直后铺设于土工格栅表面，对温度补偿光纤不施加作用力。
基于OFDR的沥青路面变形监测系统的使用方法，包括以下步骤：
(1)根据土工格栅的大小和光纤铺设的间距截取应变传感光纤和温度补偿光纤，在光纤弯折处和伸出土工格栅部分用护套保护；
(2)将应变传感光纤受力绷直后铺设于土工格栅表面；
(3)将套有圆管的温度补偿光纤固定在土工格栅表面，并保证圆管中的光纤不受力；
(4)光纤布设好后，对土工格栅表面伸出的应变传感光纤和温度补偿光纤分别进行熔接；
(5)将光纤布设完成后的土工格栅嵌置于沥青路面面层内，在放置前将伸出土工格栅部分用护套进行保护；
(6)将光纤接头接入数据采集与传输系统；
(7)将采集到的数据导入光纤数据处理与分析系统中处理后，在监测结果显示系统中显示。
步骤(4)中，在光纤熔接处加上增加刚度和耐久性的热膨胀管。
步骤(6)中，在数据采集与传输系统设置参数后，进行数据初始值的采集以核实监测数据有效性。
步骤(7)中，光纤数据处理与分析系统对数据进行处理得到实测数据后，系统对数据进行处理得到沥青路面应力应变曲线。
工作原理：本发明将OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometer)光纤数据采集技术应用到沥青路面变形监测中，并设计了相应的数据处理系统，通过在土工格栅表面采用S型布设分布式传感光纤，并将土工格栅嵌于沥青路面中间，使用数据采集仪进行光纤数据的实时采集和传输，再通过光纤数据处理系统获取沥青路面的应变、温度变化等信息，经过监测结果显示系统显现出来，可以准确地监测沥青路面应变的动态变化信息，从而得出沥青路面变形变化规律。采用的OFDR技术是分布式光纤传感技术的一种，具有灵敏度与空间分辨率高、测量精度大、抗电磁干扰和辐射与环境适应能力强等优点。其应变分辨率达到了1.0με，温度分辨率达到0.12℃，测量范围达到±30000με和-270～900℃，OFDR技术可同时对应变、温度、挠度等实施监测，因此相对于OTDR、FBG、BOTDR等光纤技术，OFDR技术在岩土工程监测领域具有更加广阔的应用前景。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有环境适应力强、测点存活率高、采集数据全面、可实时监测、实现数据自动化处理、人为误差小等优点，且OFDR光纤数据采集技术具有极高的灵敏度和空间分辨率，监测效果更为准确，可以实现对沥青路面路面受力过程中沥青路面变形的实时监测和长期监测。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为水平断面光纤布设示意图；
图3为纵断面结构示意图；
图4为光纤布设局部示意图。
具体实施方式
如图1所示，1为应变传感光纤，1a为温度补偿光纤，2为玻璃纤维土工格栅，3为铠装护套，对光纤弯折处进行保护，4为沥青路面，8为路基，5为光纤数据采集与传输系统，采用一台基于OFDR的光纤数据采集仪，与计算机相连以实现数据的及时和快速传输；6为光纤数据处理与分析系统，能够根据光纤数据的特点自动判断监测对象的所在位置并提取出相关数据进行平滑、去噪等处理；7为监测结果显示系统，能将处理后的光纤数据以图表等直观的形式显示出来。其中应变传感光纤1和温度补偿光纤1a呈S型均匀布置在玻璃纤维土工格栅2表面，铺设时应使传感光纤紧贴于玻璃纤维土工格栅表面。将应变传感光纤1预受力绷直后铺设于玻璃纤维土工格栅表面，将温度补偿光纤1a自然放置，不施加作用力。铺设的传感光纤应在端部预留一定长度，以便于后期测试时引出接入OFDR数据采集仪，光纤连接处采用热膨胀管进行加固保护。
如图2所示，采用粘结剂将应变传感光纤1固定于玻璃纤维土工格栅2表面，将温度补偿光纤1a穿过有一定刚度的空心塑料圆管后粘贴于玻璃纤维土工格栅2表面。
如图3所示，将布设好光纤的玻璃纤维土工格栅2内置于沥青路面4，其中8为路基。
如图4所示，将应变传感光纤1和温度补偿光纤1a呈S型均匀布置于玻璃纤维土工格栅表面2，光纤U字弯折处用铠装护套3进行保护，温度补偿光纤1a穿过空心圆管9。
基于OFDR的沥青路面变形监测系统的使用方法如下：
(1)对玻璃纤维土工格栅2表面进行打磨和清理，并根据玻璃纤维土工格栅的大小和光纤铺设的间距截取相应长度的光纤，在光纤U字弯折处和伸出玻璃纤维土工格栅的部分用铠装护套进行保护；
(2)在玻璃纤维土工格栅2表面均匀涂抹环氧树脂，将应变传感光纤1预受力适当绷直后呈S型均匀铺设铺设于玻璃纤维土工格栅2表面；
(3)待玻璃纤维土工格栅2表面的粘结剂完全凝固后，对涂胶部位进行打磨，打磨平滑后将温度补偿光纤1a套上有一定刚度的空心圆管，以保证圆管中的光纤不受力，呈S型平行于应变传感光纤1铺设于玻璃纤维土工格栅2表面，并采用快干胶进行固定，并在光纤底部用AB胶粘结空心圆管与光纤，防止空心圆管沿光纤滑动；
(4)应变传感光纤1和温度补偿光纤1a在玻璃纤维土工格栅2边缘处分别预留出设定长度，以便于后期与OFDR数据采集仪相连；光纤布设好后，对玻璃纤维土工格栅2表面上伸出的应变传感光纤1和温度补偿光纤1a分别进行熔接，光纤熔接处需加上热膨胀管以增加刚度和耐久性；
(5)将光纤布设完成后的玻璃纤维土工格栅2置于沥青路面面层内，在放置前将伸出玻璃纤维土工格栅的光纤部分用铠装护套进行保护，防止施工过程中对光纤造成损坏；
(6)选择处于最边缘的应变传感光纤1和温度补偿光纤1a分别与跳线进行熔接，熔接后将光纤接头接入OFDR数据采集仪，设置好相应参数，检查系统联通性并进行初始值的采集，核实监测数据的有效性以便进行后续试验测试；
(7)将数据导入光纤数据处理与分析系统6，系统对光纤数据进行自动化处理，并显示在监测结果显示系统7中，得到沥青路面应变数据之后，系统对数据进行平滑、去噪等处理，剔除光纤交叉点和铠装护套保护段光纤的实测数据后，作出沥青路面应力应变曲线，分析沥青路面的受力变形特征和变化规律。
Claims (7)
1.一种基于OFDR的沥青路面变形监测系统，其特征在于：包括相邻铺设在土工格栅(2)上的应变传感光纤(1)和温度补偿光纤(1a)、光纤数据采集与传输系统(5)、光纤数据处理与分析系统(6)和监测结果显示系统(7)，所述数据采集与传输系统(5)将采集的应变传感光纤(1)和温度补偿光纤(1a)的数据导入光纤数据处理与分析系统(6)处理后，显示在监测结果显示系统(7)中。
2.根据权利要求1所述的基于OFDR的沥青路面变形监测系统，其特征在于：所述土工格栅(2)材料为玻璃纤维，土工格栅表面有凹槽。
3.根据权利要求1所述的基于OFDR的沥青路面变形监测系统，其特征在于：所述应变传感光纤(1)受力绷直后铺设于土工格栅(2)表面。
4.一种采用如权利要求1至3中任一项所述的基于OFDR的沥青路面变形监测系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)截取应变传感光纤(1)和温度补偿光纤(1a)，在光纤弯折处和伸出土工格栅(2)部分用护套保护；
(2)将应变传感光纤(1)受力绷直后铺设于土工格栅表面；
(3)将套有圆管的温度补偿光纤(1a)固定在土工格栅表面；
(4)光纤布设好后，对土工格栅表面伸出的应变传感光纤(1)和温度补偿光纤(1a)分别进行熔接；
(5)将光纤布设完成后的土工格栅(2)嵌置于沥青路面面层内；
(6)将光纤接头接入数据采集与传输系统(5)；
(7)将采集到的数据导入光纤数据处理与分析系统(6)中处理后，在监测结果显示系统(7)中显示。
5.根据权利要求4所述的基于OFDR的沥青路面变形监测系统的使用方法，其特征在于：步骤(4)中，所述光纤熔接处加上增加刚度和耐久性的热膨胀管。
6.根据权利要求4所述的基于OFDR的沥青路面变形监测系统的使用方法，其特征在于：步骤(6)中，设置参数后，进行数据初始值的采集以核实监测数据有效性。
7.根据权利要求4所述的基于OFDR的沥青路面变形监测系统的使用方法，其特征在于：步骤(7)中，所述光纤数据处理与分析系统(6)对数据进行处理得到实测数据后，得到沥青路面应力应变曲线。
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