CN201903328U

CN201903328U - 埋入式路面竖向fbg应变传感器

Info

Publication number: CN201903328U
Application number: CN2010206093011U
Authority: CN
Inventors: 欧进萍; 王川; 胡庆立
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2020-11-17

Abstract

本实用新型提供一种耐久性好、可以准分布布设、精度高、方便施工操作、适应路面结构内部竖向应变监测的埋入式路面竖向FBG应变传感器。它是由光纤布拉格光栅、光纤、纤维增强树脂、金属上锚头、金属下锚头、左稳定位趾、光缆出现口、右稳定位趾和中稳定位趾组成的，金属上锚头连接纤维增强树脂，纤维增强树脂连接金属下锚头，金属下锚头分别连接左稳定位趾、右稳定位趾和中稳定位趾。本实用新型具有尺寸小、路面中布设简单、布设成活率高、路面竖向应变测试精度高、抗电磁干扰、准分布式传感、绝对测量、抗潮防水、稳定性与耐久性好等优点。使用方便，适于产业化生产。

Description

埋入式路面竖向FBG应变传感器

(一)技术领域

本实用新型涉及应变监测技术，具体说就是一种埋入式路面竖向FBG应变传感器。

(二)背景技术

1978年，加拿大的Hill发明掺锗光纤中光致折射率变化的现象使芯内光栅得以问世。1989年，美国的Meltz发明掺锗光纤光栅紫外侧写入技术，人们利用这一技术可以方便地制作各种常数的光纤光栅，使得成本大大降低，为其广泛应用奠定了基础。光纤光栅用于传感的主要优点体现在：能避免电磁场的干扰，电绝缘性好；不受潮湿环境影响；耐久性好，具有抵抗包括高温(小于600℃)在内的各种恶劣环境及化学侵蚀的能力，具有承受振动和冲击的能力。质量轻、体积小、对结构影响小、易于布置。既可以实现点测量，也可以实现分布式测量和绝对测量。节省线路，只用一根线就可以传送结构状态信号，信号、数据可多路传输，便于与计算机连接，单位长度上信号衰减小，灵敏度高，精度高，频带宽，信噪比高等。但是，由于裸光纤光栅特别纤细，外径约为125微米左右，其主要成分是SiO₂，因此特别脆弱，尤其它的抗剪能力很差，直接将其作为传感元件在工程实际中遇到了布设工艺难题，根本不能适应沥青混凝土或水泥路面粗放式生产方式与恶劣的服役环境，严重地制约了光纤光栅在公路工程中的应用。目前随着社会经济的发展，车辆数量猛增且迅速大型化，使公路路面也面临严峻的考验，出现了很多破损现象，直接影响道路的通车效率和行车安全。因此，研究不同路面结构层在不同荷载作用下结构层之间的荷载传递规律、应变规律显得非常重要。对于沥青混凝土或水泥路面应变测试，传统的传感器有很多不足的地方：(1)电磁类传感器线性度差，对电磁的抗干扰性能差，仪器较为笨重，稳定性和可靠性差，无法长期稳定并及时地提供准确的监测信息；(2)传统的电阻应变片受环境影响较大，由于温漂和零温的影响，长期应变测试的结果会严重失真，同时存在布设困难的问题；(3)振弦式应变传感器其灵敏度和稳定性较好，但是由于钢弦蠕变的原因，钢弦式应变传感器的正常使用年限有限，使用也不是很方便，不适合大规模集成使用。

(三)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种耐久性好、可以准分布布设、精度高、方便施工操作、适应路面结构内部竖向应变监测的埋入式路面竖向FBG应变传感器。

本实用新型的目的是这样实现的：它是由光纤布拉格光栅、光纤、纤维增强树脂、金属上锚头、金属下锚头、左稳定位趾、光缆出现口、右稳定位趾和中稳定位趾组成的，金属上锚头连接纤维增强树脂，纤维增强树脂连接金属下锚头，金属下锚头分别连接左稳定位趾、右稳定位趾和中稳定位趾。

本实用新型还有以下技术特征：

(1)所述的纤维增强树脂内部封装光纤布拉格光栅和光纤，光纤布拉格光栅连接光纤。

(2)所述的光缆出现口位于中稳定位趾内部。

本实用新型提供的是一种埋入式路面竖向FBG应变传感器，它包括FRP细杆和直接封装在其内部的FBG。具有尺寸小、路面中布设简单、布设成活率高、路面竖向应变测试精度高、抗电磁干扰、准分布式传感、绝对测量、抗潮防水、稳定性与耐久性好等优点。同时，根据工程实际需要，可以改变外形尺寸，使用非常方便，特别适于产业化生产。其对路面结构，包括沥青混凝土及水泥路面结构内部应变变化监测均有实际意义。

(四)附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：结合图1，本实用新型一种埋入式路面竖向FBG应变传感器，它是由光纤布拉格光栅(1)、光纤(2)、纤维增强树脂(3)、金属上锚头(4)、金属下锚头(5)、左稳定位趾(6)、光缆出现口(7)、右稳定位趾(8)和中稳定位趾(9)组成的，金属上锚头(4)连接纤维增强树脂(3)，纤维增强树脂(3)连接金属下锚头(5)，金属下锚头(5)分别连接左稳定位趾(6)、右稳定位趾(8)和中稳定位趾(9)。

本实用新型还有以下技术特征：

所述的纤维增强树脂(3)内部封装光纤布拉格光栅(1)和光纤(2)，光纤布拉格光栅(1)连接光纤(2)。

所述的光缆出现口(7)位于中稳定位趾(9)内部。

实施例2：结合图1，本实用新型包括一个细杆状的FRP材料作为封装材料，封装在FRP细杆内部的光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅直接被FRP材料封装；FRP棒两端各连接金属上锚头和金属下锚头，金属下锚头一端连有3个支腿：左稳定位趾、右稳定位趾和中稳定位趾；光纤布拉格光栅在底座端通过铠装光纤引出。光纤布拉格光栅被居中封装在FRP细杆中，能够很好的保证光栅与封装材料之间的粘结。同时为了提高传感器与沥青混凝土之间的粘结力，使得其与被测基体协同变形，在FRP细杆外表面连接有金属上锚头和金属下锚头，能够有效地提高传感器与被测基体之间的机械咬合力。同时底端3个固定支腿即左稳定位趾、右稳定位趾和中稳定位趾，能够保证其在埋入路面时的固定位置。这种埋入式路面竖向FBG应变传感器具有耐腐蚀、传感精度高、抗电磁干扰、绝对测量、准分布、抗潮防水、稳定性与耐久性好等优点。同时由于其封装材料采用的是FRP材料，可以大大提高传感器耐久性。利用光纤光栅测量应变原理、优良的应用性能和此种传感器的结构形式，可以对沥青混凝土或水泥路面内部竖向应变进行监测，从而为路面结构基础力学理论深入研究及路面养护、维修提供可靠的依据。

实施例3：本实用新型的工艺过程如下：

(1)采用FRP拉挤工艺，将光纤光栅与浸渍过环氧树脂的纤维材料，如碳纤维、玻璃纤维等，一起引入拉挤模具，经过加热、固化、冷却三个过程有机地构成一体，加工成形的FRP(纤维增强聚合物)-FBG(光纤光栅)复合杆。(2)将含有光纤光栅的细杆在光栅处切成长度4cm，并将传导光纤从FRP细杆端部引出。(3)生产出的内部封装有光纤光栅的树脂棒的外部连接有金属扩大头以提高其与被测介质的咬合力。

Claims

1.一种埋入式路面竖向FBG应变传感器，它是由光纤布拉格光栅(1)、光纤(2)、纤维增强树脂(3)、金属上锚头(4)、金属下锚头(5)、左稳定位趾(6)、光缆出现口(7)、右稳定位趾(8)和中稳定位趾(9)组成的，其特征在于：金属上锚头(4)连接纤维增强树脂(3)，纤维增强树脂(3)连接金属下锚头(5)，金属下锚头(5)分别连接左稳定位趾(6)、右稳定位趾(8)和中稳定位趾(9)。

2.根据权利要求1所述的一种埋入式路面竖向FBG应变传感器，其特征在于：所述的纤维增强树脂(3)内部封装光纤布拉格光栅(1)和光纤(2)，光纤布拉格光栅(1)连接光纤(2)。

3.根据权利要求1所述的一种埋入式路面竖向FBG应变传感器，其特征在于：所述的光缆出现口(7)位于中稳定位趾(9)内部。