CN113124936B - 一种公路在线健康监测传感器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种公路在线健康监测传感器及制备方法，所述传感器包括：承载体和应力应变敏感元件；承载体包括正四棱柱，正四棱柱两端为紧固圆柱，紧固圆柱上固定有碳纤维受力把手；应力应变敏感元件包括三组金属应变片，每两个金属应变片为一组同组内金属应变片的敏感方向相同，第一组应变片分布在正四棱柱相对平行的第一侧面和第二侧面，第二组应变片和第三组应变片分布在正四棱柱相对平行的第三侧面和第四侧面，第二组应变片应变敏感方向与和第一组应变片应变敏感方向相同，第三组应变片应变敏感方向与和第一组应变片应变敏感方向垂直；本公开能够与沥青砂石路面无缝嵌接，实现了沥青路面的应力和应变的在线三维检测，提高了检测精度。
Description
技术领域
本公开涉及公路在线健康监测技术领域，特别涉及一种公路在线健康监测传感器及制备方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
高速公路路面主要由沥青和石子组成，受自然环境、设计施工，以及车辆载荷等因素的影响，沥青路面容易出现变形、开裂和塌陷等安全隐患。
发明人发现，常用的高速公路路面健康监测的传感器主要有光纤光栅、贵金属应变线、压电陶瓷和金属应变片几类，然而，由于封装技术限制，尤其在车辆超载的情况下，上述传感器容易被破坏或损毁，导致传感器失活；现有的传感器的材质与沥青路面的差异较大，应力应变传递性能较差，使得传感器与路面变形不一致，导致检测精度降低；部分传感器无法实现有效的外层防护，容易受到路况环境的影响而失活，也有部分传感器的防护层过多，影响了检测精度，使得传感器的外层防护和检测精度无法兼顾。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种公路在线健康监测传感器及制备方法，能够与沥青砂石路面无缝嵌接，实现了沥青路面的应力和应变的在线三维检测，提高了检测精度。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种公路在线健康监测传感器。
一种公路在线健康监测传感器，包括：承载体和应力应变敏感元件；承载体包括正四棱柱，正四棱柱两端为紧固圆柱，紧固圆柱上固定有受力元件；
应力应变敏感元件包括三组金属应变片，每两个金属应变片为一组且同组内金属应变片的敏感方向相同；
第一组应变片分布在正四棱柱相对平行的第一侧面和第二侧面，第二组应变片分布在正四棱柱相对平行的第三侧面和第四侧面，第三组应变片分布在正四棱柱相对平行的的第三侧面和第四侧面；
第二组金属应变片的敏感方向与第一组应变片的敏感方向平行，第三组金属应变片的敏感方向与第一组应变片的敏感方向垂直。
进一步的，第一组应变片包括第一应变片和第二应变片，第一应变片和第二应变片分别设置在正四棱柱相对平行的第一侧面和第二侧面，第一应变片和第二应变片的应变敏感方向与正四棱柱长度方向平行；
第二组应变片包括第三应变片和第四应变片，第三应变片和第四应变片分别设置在正四棱柱相对平行的第三侧面和第四侧面，第三应变片和第四应变片的应变敏感方向与正四棱柱的长度方向平行；
第三组应变片包括第五应变片和第六应变片，第五应变片和第六应变片分别设置在正四棱柱相对平行的第三表面和第四表面，第五应变片和第六应变片的应变敏感方向与正四棱柱的厚度方向平行。
进一步的，第一应变片和第二应变片对边接入半桥电路，第三应变片和第四应变片临边接入半桥电路，第五应变片和第六应变片对边接入半桥电路。
更进一步的，半桥电路包括两个应变片和两个定值电阻，定值电阻的阻值和应变片在自然状态下的阻值相等，两个应变片和两个定值电阻构成菱形电桥结构的四个桥臂，两个应变片分别位于菱形电桥的对边桥臂或临边桥臂
进一步的，紧固圆柱的外表面设有螺纹，受力元件套设在紧固圆柱上并利用紧固螺母固定。
进一步的，受力元件为碳纤维复合材料。
进一步的，承载体为纤维增强树脂基复合材料，且纤维增强树脂基复合材料的杨氏模量与沥青路面的杨氏模量的差值在预设范围内。
进一步的，应力应变敏感元件通过固化胶粘接在正四棱柱表面。
更进一步的，应力应变敏感元件的外侧依次覆盖RTV硅橡胶密封层、丁基橡胶保护层和沥青防护层。
本公开第二方面提供了一种本公开第一方面所述的公路在线健康监测传感器的制备方法。
一种公路在线健康监测传感器的制备方法，包括以下过程：
制作预设长度和预设直径的纤维增强树脂基复合材料圆柱棒；
将复合材料圆柱棒材加工成中间细、两端粗的哑铃形结构的承载体，承载体中部为正四棱柱，两端为紧固圆柱；
承载体的紧固圆柱外表面套丝；
在正四棱柱的各个表面粘贴力应变敏感元件，用特氟龙薄膜盖压应力应变敏感元件挤出多余的胶水和有可能的气泡；
胶水固化后去除特氟龙薄膜，在应力应变敏感元件外侧依次覆盖RTV硅橡胶密封层和丁基橡胶保护层；
制作受力元件，选取预设厚度的碳纤维复合材料片材，切割成预设长度和宽度的条形工件，条形工件的正中加工出通孔；
利用预设的螺母和垫片，将受力元件分别套设固定在承载体两端紧固圆柱上；
在传感器表面均匀喷涂沥青，形成沥青防护层。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的公路在线健康监测传感器，传感器预埋于高速公路沥青路面内部，可与沥青砂石路面无缝嵌接，在线监测和检测沥青路面的应力和应变，实现了对高速公路沥青路路面的在线健康监测，该传感器具有轻巧、易用、灵敏度高、封装牢固、存活率高、寿命长、制造方法简单、成本低等特点。
2、本公开所述的公路在线健康监测传感器，应力应变测量敏感元件分别依次采用RTV硅橡胶、丁基橡胶胶条和沥青封装，具有三层保护结构，具有极高的防潮、耐老化、耐高温、耐冲击性能，传感器成活率高，寿命长，能够应对各种恶劣环境，同时三层保护结构对应力应变测量敏感元件的检测精度无影响，实现了外层防护与检测精度的兼顾。
3、本公开所述的公路在线健康监测传感器，以稳定性好、成本低廉的金属应变片为测量应力应变敏感元件，采用三对应变片对边或临边接入半桥电路，可以同时精确测量沥青路面XYZ三维方向的应变，并排除模式外的应变干扰。
4、本公开所述的公路在线健康监测传感器，制造方法简单，便于操作，制作的传感器稳定性好、精确度高，制造成本低，内埋于高速公路沥青路面后，可实现对高速公路的健康状态的在线监测，具有广阔的应用价值和市场价值。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例提供的公路沥青路面在线健康监测传感器示意图。
图2为本公开实施例提供的传感器阵列式工作示意图。
图3为本公开实施例提供的金属应变片对边接入(a)和临边接入(b)半桥电路示意图(R0为定值电阻，Rx为应力应变敏感元件)。
1、应力应变敏感元件；2、接线端子；3、承载体；3-1、形变棱柱；3-2、紧固圆柱；4、碳纤维受力把手；5、紧固螺母和垫片；6、RTV硅橡胶密封层；7、丁基橡胶保护层；8、沥青防护层；9、外接线；10、传感器阵列；11、动态应变仪；12、计算机。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本公开实施例1提供了一种公路在线健康监测传感器，包括：应力应变敏感元件1、接线端子2、承载体3、碳纤维受力把手4、紧固螺母和垫片5、RTV硅橡胶密封层6、丁基橡胶保护层7、沥青防护层8和外接线9；
其中，承载体3为“哑铃”形结构，由中部形变棱柱3-1和两端紧固圆柱3-2组成；所述应力应变敏感元件1和接线端子2粘贴在承载体3中部形变棱柱3-1的表面；接线端子2通过导线连接应力应变敏感元件1和外端信号解调设备(动态应变仪11)；所述碳纤维受力把手4被紧固螺母和垫片5固定在承载体上两端紧固圆柱3-2上，构成“工”字形结构；配置应力应变敏感元件1、接线端子2和部分外接线9的形变棱柱3-1表面依次被RTV硅橡胶密封层6和丁基橡胶保护层7封装保护，上述传感器外表面被沥青防护层8封装保护。
本实施例所述公路在线健康监测传感器工作模式为在线主动监测，如图2所示，多个所述传感器预埋于高速公路路面沥青中，构成传感器阵列10，通过外接线9与动态应变仪11连接，应变仪11通过网线与计算机12连接。当沥青路面使用过程中发生形变时，传感器应力应变敏感元件1的电阻、电流或电压发生相应变化，动态应变仪11监测到电信号变化后传递给计算机12，计算机12将电信号在线解析成应变和应力信号，并计算沥青路面的安全系数，进而判断高速公路的健康状态。
其中，所述应力应变敏感元件1为具有温度补偿功能金属应变片，所述金属应变片由应力应变敏感栅区和封装层构成；每个应力应变敏感栅区只对特定方向的应力和应变具有敏感性，该方向为应变片的敏感方向，即应变片主方向，对于单轴应变片(只有一个敏感栅区)，应变片的敏感方向(主方向)一般是应变片的长度方向，即0°方向。
为了实现应力应变的三维测量，所述应力应变敏感元件1包含3对具有温度补偿功能的金属应变片，分别标记为P1-P2、W1-W2和V1-V2；
其中，P1和P2对边接入半桥电路，测量承载体3水平面主方向(承载体3长度方向，即X方向)的拉伸和压缩应变；W1和W2临边接入半桥电路，测量承载体3水平面次方向(承载体3宽度方向，与主方向垂直，即Y方向)的弯曲应变；V1和V2对边接入半桥电路，测量承载体3水平面垂直方向(承载体3厚度方向，即Z方向)的拉伸和压缩应变。
所述半桥电路结构基于惠斯通电桥电路原理，如图3所示，由4个桥臂构成一个菱形电桥电路，其中菱形电桥的两个对角顶点为电压输入端，另外两个对角顶点为电压输出端；所述半桥电路中包含一对应变片和一对定值电阻，定值电阻的阻值和应变片自然状态下的阻值相等，四个相同的阻值元件构成一个四个顶点菱形电桥结构，菱形电桥前后两个顶点(左右顶点)提供电源电压E，菱形电桥中间两个顶点(上下顶点)的电压为待测电压Ux，即输出电压。
如图3中的(a)所示，所述对边接入为：两个应变片分别位于菱形电桥的对边桥臂，即两个不同支路的上下臂。如图3中的(b)所示，所述临边接入为：两个应变片分别位于菱形电桥的临边桥臂，即同一支路的上下臂。
所述接线端子2为自粘型应变片接线端子，每个接线端子2包含两个铜针脚，每个铜针脚具有两个相连的焊点，用于连接两段导线；所述接线端子2在粘接在承载体3的中部，通过导线焊锡技术牢固地连接应力应变敏感元件1的内引线和动态应变仪11的外接线9。
所述承载体3的制造材料为与沥青路面杨氏模量相近的纤维增强树脂基复合材料，优选碳纤维增强热塑性材料，例如碳纤维增强PA、碳纤维增强POM；承载体3之所以选择纤维增强树脂基复合材料，因为纤维增强树脂基复合材料有很强的可设计性，可以通过调节增强纤维和树脂的种类或含量，实现承载体3与沥青路面的杨氏模量精确匹配，保证测量的精度；根据弹性力学基本原理(应力σ等于模量E乘以应变ε，σ＝Eε)，在杨氏模量相同时，两个不同物体在相同应力下产生的应变才能保持一致；即当沥青路面发生应变时，承载体3也会产生同样的应变，这样应力应变敏感元件1测量的承载体3的应变就是沥青路面的真实应变，以此保证测量的准确性。
所述承载体3为中间细、两端粗的“哑铃”形结构，所述承载体3中间细部为方形截面的形变棱柱3-1，承载体3两端粗部为圆形截面的紧固圆柱3-2；所述承载体3由直径为D(8mm-20mm，优选12mm)的圆柱形复合材料棒材加工而成，总长度L为100mm-200mm，优选150mm。
所述承载体3中部的形变棱柱3-1为正四棱柱，长度为0.4L-0.6L，边长为0.4D-0.7D，形变棱柱3-1的四个柱面经打磨抛光处理，用于粘贴应力应变敏感元件；承载体两端的两个紧固圆柱3-2的直径与原始棒材的直径相同，长度均为0.2L-0.3L，最外端柱面套丝螺纹，螺纹长度均为紧固圆柱长度的50％-80％，配合紧固螺母和垫片，用于固定碳纤维受力把手4。
所述承载体3的水平面主方向为承载体3的长度方向，即X方向；所述承载体3的水平面次方向为承载体3的宽度方向，即Y方向；所述承载体3的水平面垂直方向为承载体3的厚度方向，即Z方向。
所述应力应变敏感元件1粘贴于承载体3中部形变棱柱3-1的四个侧面，其中：
应力应变敏感元件P1和P2分别粘贴在形变棱柱3-1上下表面，P1和P2主方向(应变敏感方向)与承载体3水平面主方向(承载体长度方向，即X方向)一致，P1和P2对边接入半桥电路，测量承载体3水平面主方向(承载体长度方向，即X方向)的拉伸和压缩应变；
应力应变敏感元件W1和W2分别粘贴在形变棱柱3-1左右两侧面，W1和W2主方向(应变敏感方向)与承载体3水平面主方向(承载体长度方向，即X方向)一致，W1和W2临边接入半桥电路，测量承载体3水平面次方向(承载体宽度方向，即Y方向)的弯曲应变；
应力应变敏感元件V1和V2分别粘贴在形变棱柱3-1左右两侧面，V1和V2主方向(应变敏感方向)与承载体3水平面垂直向(承载体厚度方向，即Z方向)一致，V1和V2对边接入半桥电路，测量承载体3水平面垂直方向(承载体厚度方向，即Z方向)的拉伸和压缩应变。
所述应力应变敏感元件1采用室温固化胶粘剂粘接，优选氰酸酯类胶粘剂，粘接方法为：首先将承载体3中部形变棱柱3-1的柱面打磨和抛光处理、水中超声清洗、乙醇或丙酮清洗并烘干；然后在应力应变敏感元件1粘贴处附近喷涂偶联剂并晾干；其次在应力应变敏感元件1粘贴处涂抹胶粘剂，贴上应力应变敏感元件1，并用特氟龙薄膜盖压应力应变敏感元件1并挤压出过多的胶粘剂及粘接面内可能的存在的气泡，然后用橡皮筋捆扎特氟龙薄膜加压固定应力应变敏感元件1；最后胶粘剂固化粘牢应力应变敏感元件1后去除橡皮筋和特氟龙薄膜。
所述接线端子2为自粘胶型接线端子，接线端子2包含两个铜针脚，每个铜针脚具有两个焊点，用来连接两段导线；接线端子2直接粘贴在承载体3上应力应变敏感元件1引线旁边，应变敏感元件1内引线和动态应变仪11的外接线9锡焊在接线端子2上，实现应变敏感元件1和动态应变仪11的连接。
所述碳纤维受力把手4材质为碳纤维增强树脂基复合材料，碳纤维增强树脂基复合材料具有高强度、高刚度、低密度、低热膨胀系数，耐腐蚀，受到外力变形性小的特点，优选采用高模量碳纤维以提高碳纤维受力把手4的刚度，使碳纤维受力把手4受力时形变最小，从而最大限度地减少碳纤维受力把手4将应力传递给承载体的损耗，保证测量精度；碳纤维受力把手4为长度80mm-120mm、宽度15-30mm、厚度2-4mm的样条，中间有通孔，孔直径略大于承载体两端紧固圆柱直径D；碳纤维受力把手4一式两件，分别装配在承载体3两端紧固圆柱3-2上，通过紧固螺母和垫片5固定；
碳纤维受力把手4的作用是将沥青路面的承受的应力和应变全部传递给承载体3，其工作机制为：沥青路面变形时，沥青推拉碳纤维受力把手4，碳纤维受力把手4带动承载体3，使其中间的形变棱柱3-1产生同样的应变，并被粘贴其上的应力应变敏感元件1检测到。
所述RTV硅橡胶密封层6材质为室温硫化(RTV)硅橡胶，液态RTV硅橡胶均匀涂抹在承载体3中间形变棱柱3-1柱面，硅橡胶硫化交联后成型密封层，用于封装和保护应力应变敏感元件1、接线端子2和部分导线，具有密封、防潮、防氧化、防剐蹭的作用，同时也起到固定上述结构的作用，为本实施例所述传感器的第一保护层。
所述丁基橡胶保护层7采用丁基橡胶密封胶条，缠绕包裹于承载体3中部形变棱柱3-1，用于保护应力应变敏感元件1、接线端子2和部分引线，起到密封防潮、防机械损伤的作用；所述丁基橡胶保护层7包裹于RTV硅橡胶密封层6外，属于本实施例所述传感器的第二保护层。
所述沥青防护层8采用高速公路施工沥青(无砂石)，喷涂本实施例所述传感器外表面，一方面起到保护本实施例所述传感器不被外界空气、水和机械力的损毁，提高传感器的成活率；另一方面该传感器喷涂上沥青后能够与高速公路路面沥青融合，实现传感器与路面无缝结合，提高测量精度，所述沥青防护层8属于本实施例所述传感器的第三保护层，保护整个传感器。
本实施例所述传感器的工作方法为：
S1：制作多个传感器，预埋于沥青路面，并与动态应变仪11连接，组建传感器网络阵列10。
S2：动态应变仪11与计算机12连接，计算机12安装应变应力算法模块、有限元分析模块，风险评估和预警模块，计算机12通过网络与高速公路控制中心连接。
S3：沥青路面的应力应变发生变化时，传感器上的应力应变敏感元件1的电信号同步发生变化，动态应变仪11将变化的电信号传递给计算机12。
S4：计算机12将动态应变仪11的电信号换算成应力应变信息，根据传感器所在空间位置关系，进行建模、有限元计算、仿真得到路面的受载信息和安全系数，进而评估高速公路路面的健康状态。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种公路在线健康监测传感器的制备方法，包括以下过程：
(1)设计用于加工复合材料承载体的纤维和树脂的种类和含量，使其杨氏模量与沥青路面相同或相近，制作长度为L(100mm-200mm)，直径为D(8mm-20mm)的复合材料圆柱棒；
(2)将复合材料圆柱棒材加工成中间细(正四棱柱结构，正方形截面，长度0.4L-0.6L，边长0.4D-0.7D)、两端粗(圆柱结构，长度均为0.2L-0.3L，圆形截面，直径为D)的“哑铃”形结构的承载体3，承载体中部为形变棱柱3-1，两端为紧固圆柱3-2；
(3)承载体3两端紧固圆柱3-2柱面套丝，所套取螺纹长度均为该紧固圆柱3-2长度的50％-80％，并选取匹配的紧固螺母和垫片5备用；
(4)将承载体3中部形变棱柱3-1柱面进行打磨，打磨方向与承载体3长度方向呈±45°，然后进行轻微抛光处理，并将承载体3在水中超声清洗；
(5)将承载体3中部形变棱柱3-1柱面用乙醇或丙酮清洗，擦洗时需沿单一方向进行，不允许来回涂洗，要求清洗至棉球洁白为止，并在60℃，30min的条件下烘干，然后喷涂偶联剂基底改善粘接界面并晾干；
(6)将形变棱柱3-1粘贴应力应变敏感元1件处涂抹胶粘剂，胶层要求薄而均匀，稍微晾干后用镊子夹取应力应变敏感元件1贴于四个柱面，粘接方式为：应力应变敏感元件P1和P2分别粘贴在形变棱柱3-1上下表面，其主方向(应变敏感方向)与承载体3水平面主方向(承载体3长度方向，即X方向)一致，应力应变敏感元件W1和W2分别粘贴在形变棱柱3-1左右两侧面，其主方向(应变敏感方向)与承载体3水平面主方向(承载体3长度方向，即X方向)一致，应力应变敏感元件V1和V2分别粘贴在形变棱柱3-1左右两侧面，其主方向(应变敏感方向)与承载体3水平面垂直向(承载体3厚度方向，即Z方向)一致；
(7)用特氟龙薄膜覆盖上述应力应变敏感元件1，并用手从应力应变敏感元件一侧开始轻压，挤出过多的胶粘剂及可能的气泡，粘贴完后对应应变计进行检查，发现有粘贴位置不正确的应及时调整，如有基底损坏、气泡、凸点等情况应及时剔除并重新粘贴，然后用橡皮筋捆扎特氟龙薄膜加压固应力应变敏感元件1，胶粘剂固化粘牢应力应变敏感元件1后去除橡皮筋和特氟龙薄膜；
(8)粘贴接线端子2，将应力应变敏感元件1内引线焊接在接线端子2针脚的一头，然后将动态应变仪11的外接线9焊接在接线端子2针脚的另一头，并用绝缘胶带捆扎固定应力应变敏感元件1的内引线和外接线9；
(9)根据应力应变敏感元件1、接线端子2和外接线9的对应关系，分别在6条外接线(每条外接线包含正负极导线)上标记P1、P2、W1、W2、V1和V2；
(10)在承载体中部形变棱柱3-1柱面表面涂抹RTV硅橡胶，硅橡胶要均匀覆盖应力应变敏感元件1、接线端子2、外接线9和胶带，室温晾置到RTV硅橡胶硫化，形成RTV硅橡胶密封层6，即第一保护层；
(11)在具有RTV硅橡胶密封层承载体3中部形变棱柱3-1上缠绕丁基橡胶胶条，形成丁基橡胶保护层7，即第二保护层；
(12)制作碳纤维受力把手4，选取厚度2mm-4mm的碳纤维复合材料片材，切割成长度80mm-120mm、宽度15mm-30mm的条形工件，正中加工出通孔，孔直径略大于承载体3两端部分的直径D；
(13)选取合适的四个紧固螺母和垫片5，把碳纤维受力把手4分别固定在承载体3两端紧固圆柱3-2上；
(14)在上述传感器嵌件表面均匀喷涂高速公路路面沥青，形成沥青防护层8，即第三保护层。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种公路在线健康监测传感器，其特征在于：
包括：承载体和应力应变敏感元件；承载体包括正四棱柱，正四棱柱两端为紧固圆柱，紧固圆柱上固定有受力元件；
应力应变敏感元件包括三组金属应变片，每两个金属应变片为一组且同组内金属应变片的敏感方向相同；
第一组应变片分布在正四棱柱相对平行的第一侧面和第二侧面，第二组应变片分布在正四棱柱相对平行的第三侧面和第四侧面，第三组应变片分布在正四棱柱相对平行的第三侧面和第四侧面；
第二组应变片应变敏感方向与和第一组应变片应变敏感方向相同，第三组应变片应变敏感方向与和第一组应变片应变敏感方向垂直；
所述应力应变敏感元件包含3组具有温度补偿功能的金属应变片；第一组应变片包括第一应变片、第二应变片；第二组应变片包括第三应变片和第四应变片；第三组应变片包括第五应变片和第六应变片；
第一应变片和第二应变片对边接入半桥电路，第三应变片和第四应变片临边接入半桥电路，第五应变片和第六应变片对边接入半桥电路；
应力应变敏感元件外侧依次覆盖有RTV硅橡胶密封层、丁基橡胶保护层和沥青防护层。
2.如权利要求1所述的公路在线健康监测传感器，其特征在于：
第一应变片和第二应变片分别设置在正四棱柱相对平行的第一侧面和第二侧面，第一应变片和第二应变片的应变敏感方向与正四棱柱长度方向平行；
第三应变片和第四应变片分别设置在正四棱柱相对平行的第三侧面和第四侧面，第三应变片和第四应变片的应变敏感方向与正四棱柱长度方向平行；
第五应变片和第六应变片分别设置在正四棱柱相对平行的第三侧面和第四侧面，第五应变片和第六应变片的应变敏感方向与正四棱柱的厚度方向平行。
3.如权利要求1所述的公路在线健康监测传感器，其特征在于：
半桥电路包括两个应变片和两个定值电阻，定值电阻的阻值和应变片在自然状态下的阻值相等，两个应变片和两个定值电阻构成菱形电桥结构的四个桥臂，两个应变片分别位于菱形电桥的对边桥臂或临边桥臂。
4.如权利要求1所述的公路在线健康监测传感器，其特征在于：
紧固圆柱的外表面设有螺纹，受力元件套设在紧固圆柱上并利用紧固螺母固定。
5.如权利要求1所述的公路在线健康监测传感器，其特征在于：
受力元件为碳纤维复合材料。
6.如权利要求1所述的公路在线健康监测传感器，其特征在于：
承载体为纤维增强树脂基复合材料，且纤维增强树脂基复合材料的杨氏模量与沥青路面的杨氏模量的差值在预设范围内。
7.如权利要求1所述的公路在线健康监测传感器，其特征在于：
应力应变敏感元件通过固化胶粘接在正四棱柱表面。
8.一种权利要求1-7任一项所述的公路在线健康监测传感器的制备方法，其特征在于：包括以下过程：
制作预设长度和预设直径的纤维增强树脂基复合材料圆柱棒；
将纤维增强树脂基复合材料圆柱棒材加工成中间细、两端粗的哑铃形结构的承载体，承载体中部为正四棱柱，两端为紧固圆柱；
承载体的紧固圆柱外表面套丝；
在正四棱柱的各个表面粘贴力应变敏感元件；
用特氟龙薄膜盖压应力应变敏感元件挤出多余的胶水和有可能的气泡；
胶水固化后去除特氟龙薄膜，在应力应变敏感元件外侧依次覆盖RTV硅橡胶密封层和丁基橡胶保护层；
制作受力元件，选取预设厚度的碳纤维复合材料片材，切割成预设长度和宽度的条形工件，条形工件的正中加工出通孔；
利用预设的螺母和垫片，将受力元件分别套设固定在承载体两端紧固圆柱上；
在传感器表面均匀喷涂沥青，形成沥青防护层。
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