一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器制造技术

一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器，它涉及一种光纤传感器，本发明专利技术为满足寒区路面结构力学性能测试和冬季抗滑融雪的需求，设计一种可同时实现对寒区路面结构内部力学响应测试和对路面冰雪融化的多功能分布式光纤传感器。本发明专利技术包括多个横向传感元件和多个纵向传感元件，多个横向传感元件并排平行设置，且多个横向传感元件的首尾依次连接形成串联结构；多个纵向传感元件沿横向传感元件的长度方向并排设置，且多个纵向传感元件的首尾依次连接，横向传感元件沿长度方向的中心线与纵向传感元件沿长度方向的中心线垂直。受力光纤负责采集寒区路面结构内部应变数据、导热电阻过通电发热进行融雪，实现寒区路面监测设备的多功能化。

A multifunctional distributed optical fiber sensor for road strain measurement and thermal snow melting

【技术实现步骤摘要】
一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器
本专利技术涉及一种分布式光纤传感器，具体涉及一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器，本专利技术属于光纤传感器

技术介绍
掌握路面结构内部力学响应是寒区路面长期服役性能评估的必要手段。同时对于寒区路面，冬季路面的积雪和薄冰会降低路表的抗滑性能，很大程度上影响行车安全和交通通行能力，所以寒区路面的高效融雪、除冰同样是十分重要的。随着光纤传感技术的发展，光纤传感器以其抗电磁干扰、耐腐蚀、高绝缘性、测量范围广、便于复用成网等优点，在土木工程、航空航天、石油化工、电力、医疗等领域被广泛应用。但道路在实际服役过程中，车辆荷载的不确定性，使得最大应变的方向和位置都在不断变化。然而现有的光纤光栅传感器只能获取固定点位的受力状态，无法获取路面全局的服役信息。在另一方面，受冬季强降雪的影响，路表的积雪成冰将严重危及行车安全性和道路通行能力。现有的冬季除雪方法，如撒盐、内置热管、内置导热电阻等，都存在一定的不足。撒盐形成盐溶液，降低雪的熔点，达到融雪的效果，但是路面由于盐溶液的侵蚀，会加速损伤，耐久性降低。由于道路服役环境的复杂性，内置热管和导热电阻的长期耐久性和经济性有待考量。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的光纤光栅传感器只能获取固定点位的受力状态，无法获取路面全局的服役信息，同时为解决寒区路面抗滑除冰雪问题，分布式光纤传感器可通电发热，进而提供一种路用应变测试和导热融雪的分布式光纤传感器。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器，所述一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器包括多个横向传感元件和多个纵向传感元件，所述多个横向传感元件并排平行设置，且多个横向传感元件的首尾依次连接；多个纵向传感元件沿横向传感元件的长度方向并排设置，且多个纵向传感元件的首尾依次连接，横向传感元件沿长度方向的中心线与纵向传感元件沿长度方向的中心线垂直。本专利技术的有益效果是：1、分布式光纤传感器所测的应变为布设在路面内部光纤沿线的应变，满足道路工程领域对路面内部全局应变监测的需求；2、本专利技术所提供的分布式光纤传感器中，分布式光纤传感器采用双孔形式，受力光纤监测数据与补偿光纤监测数据进行解耦计算，确定消除温度影响的路面内部应变信息；3、本专利技术除了可以测量应变的大小外，还可以通电发热，进行路面融雪和防止沥青路面低温开裂；4、根据地区降雪量差异，改变分布式光纤的间距，调整发热能量及融雪效率；5、分布式传感器对测试方向没有要求，便于现场施工；6、光纤传感器抗电磁干扰性能好，一般电磁辐射的频率比光波低很多，所以在光纤中传输的光信号不受电磁干扰的影响；7、光纤传感器电绝缘性能好、适用范围广，安全可靠，可远距离监测，光纤传输损耗小。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的主视图；图3是图2的侧视图；图4是图2的俯视图；图5是横向传感元件的结构示意图；图6是纵向传感元件的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述的一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器，所述一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器包括多个横向传感元件和多个纵向传感元件，所述多个横向传感元件并排平行设置，且多个横向传感元件的首尾依次连接；多个纵向传感元件沿横向传感元件的长度方向并排设置，且多个纵向传感元件的首尾依次连接，横向传感元件沿长度方向的中心线与纵向传感元件沿长度方向的中心线垂直。多个横向传感元件沿道路横向布置，多个纵向传感元件沿道路纵向布置，分别测试道路服役状态下的横、纵向力学响应。横向传感元件沿长度方向的中心线与纵向传感元件沿长度方向的中心线垂直，形成网格状，调整间距用以调整发热效果。具体实施方式二：结合图5说明本实施方式，本实施方式所述每个纵向传感元件包括纵向受力光纤1、纵向导热电阻2、纵向绝缘层3、纵向固定板4、纵向接线柱5、纵向通电电线6、纵向护套7和纵向补偿光纤8，所述纵向导热电阻2为长方体，纵向导热电阻2的上表面设有纵向绝缘层3，纵向导热电阻2的两侧分别设有纵向固定板4，且纵向绝缘层3的下表面与纵向固定板4的上表面固定连接，纵向导热电阻2的两端均设有纵向接线柱5，纵向接线柱5的两端分别导出纵向通电电线6，纵向护套7套装在纵向通电电线6上，纵向受力光纤1和纵向补偿光纤8均位于纵向导热电阻2的内部，纵向受力光纤1的两端分别穿过纵向接线柱5，纵向补偿光纤8的两端分别穿过纵向接线柱5，且纵向补偿光纤8位于纵向受力光纤1的一侧；每个横向传感元件包括横向受力光纤9、横向导热电阻10、横向绝缘层11、横向固定板12、横向接线柱13、横向通电电线14、横向护套15和横向补偿光纤16，所述横向导热电阻10为长方体，横向导热电阻10的上表面设有横向绝缘层11，横向导热电阻10的两侧分别设有横向固定板12，且横向绝缘层11的下表面与横向固定板12的上表面固定连接，横向导热电阻10的两端均设有横向接线柱13，横向接线柱13的两端分别导出横向通电电线14，横向护套15套装在横向通电电线14上，横向受力光纤9和横向补偿光纤16均位于横向导热电阻10的内部，横向受力光纤9的两端分别穿过横向接线柱13，横向补偿光纤16的两端分别穿过横向接线柱13，且横向补偿光纤16位于横向受力光纤9的一侧。所述纵向受力光纤1为带有涂覆层、包层和紧套管的应变测量元件，所述纵向补偿光纤8为带有涂覆层、包层和松套管的温度测量元件。其中，所述纵向导热电阻2中的一个孔的直径与纵向受力光纤1外侧紧套管的外径相符，使纵向受力光纤1与纵向导热电阻2之间可以紧密接触；所述纵向导热电阻2中的另一个孔的直径与纵向补偿光纤8外侧松套管的外径相符，使得纵向补偿光纤8在纵向导热电阻2中自由活动，不受荷载作用，仅对温度敏感。所述纵向受力光纤1由于紧套在纵向导热电阻2内部，故其同时受荷载和温度共同作用影响。利用纵向补偿光纤8的监测数据与受力光纤的监测数据进行解耦计算，可以得到消除温度影响的路面内部的应变信息。所述纵向导热电阻2和横向导热电阻10的厚度根据实际路面状况而定，增加导热电阻的厚度可以降低传感器的灵敏度，保护光纤在施工过程中的稳定性，埋入路面后仍有很好的使用性能，增加存活率，同时增大分布式光纤传感器的发热效率。导热电阻的材料不止局限于碳纤维，那些导电性良好、埋置路面后能与路面协调变形、可以用来保护和封装传感器的高分子聚合物材料，同样可以适用于本专利技术之中，同样也是在本专利技术保护的范围内。此外，所述导热电阻的形状可根据施工需求更改，本设计是以碳纤维为导体材料的长方体导热电阻为例，方便施工固定。如果当传感器埋设位置较浅时，车辆荷载较大而导致传感器所在处的应力较大时，可选用圆柱体封装，用以减小应力集中的影响。考虑不同地区降雪量的差异性，可改变传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器，其特征在于：所述一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器包括多个横向传感元件和多个纵向传感元件，所述多个横向传感元件并排平行设置，且多个横向传感元件的首尾依次连接；多个纵向传感元件沿横向传感元件的长度方向并排设置，且多个纵向传感元件的首尾依次连接，横向传感元件沿长度方向的中心线与纵向传感元件沿长度方向的中心线垂直。/n

【技术特征摘要】
1.一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器，其特征在于：所述一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器包括多个横向传感元件和多个纵向传感元件，所述多个横向传感元件并排平行设置，且多个横向传感元件的首尾依次连接；多个纵向传感元件沿横向传感元件的长度方向并排设置，且多个纵向传感元件的首尾依次连接，横向传感元件沿长度方向的中心线与纵向传感元件沿长度方向的中心线垂直。


2.根据权利要求1所述的一种路用应变测试和导热融雪的多功能分布式光纤传感器，其特征在于：所述每个纵向传感元件包括纵向受力光纤(1)、纵向导热电阻(2)、纵向绝缘层(3)、纵向固定板(4)、纵向接线柱(5)、纵向通电电线(6)、纵向护套(7)和纵向补偿光纤(8)，所述纵向导热电阻(2)为长方体，纵向导热电阻(2)的上表面设有纵向绝缘层(3)，纵向导热电阻(2)的两侧分别设有纵向固定板(4)，且纵向绝缘层(3)的下表面与纵向固定板(4)的上表面固定连接，纵向导热电阻(2)的两端均设有纵向接线柱(5)，纵向接线柱(5)的两端分别导出纵向通电电线(6)，纵向护套(7)套装在纵向通电电线(6)上，纵向受力光纤(1)和纵向补偿光纤(8)均位于纵向导热电阻(2)的内部，纵向受力光纤(1)的两端分别穿过纵向接线柱(5)，纵向补偿光纤(8)的两端分别穿过纵向接线柱(5)，且纵向补偿光纤(8)位于纵向受力光纤(1)的一侧；
所述每个横向传感元件包括横向受力光纤(9)、横向导热电阻(10)、横向绝缘层(11)、横向固定板(12)、横向接线柱(13)、横向通电电线(14)、横向护套(15)和横向补偿光纤(16)，所述横向导热电阻(10)为长方体，横向导热电阻(10)的上表面设有横向绝缘层(11)，横向导热电阻(10)的两侧分别设有横向固定板(12)，且横向绝缘层(11)的下表面与横向固定板(12)的上表面固定连接，横向导热电阻(10)的两端均设有横向接线柱(13)，横向接线柱(13)的两端分别导出横向通电电线(14)，横向护套(15)套装在横向通电电线(14)上，横向受力光纤(9)和横向补偿光纤(16)均位于横向导热电阻(10)的内部，横向受力光纤(9)的两端分别穿过横向接线柱(13)，横向补偿光纤(16)的两端分别穿过...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宪永，宋洪阳，董泽蛟，曹宪成，郭宝春，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23