嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法技术

本发明专利技术公开了一种嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法，该方法建立了标准试件的工程理论应变数据与光纤光栅传感器的实际应变之间的关系，并以温度为修正参量，明确了沥青试件整体的理论应变与沥青试件内部的实际应变之间的量化关系，基于此能够由理论应变推知内部实际应变，为确定沥青道路内部真实力学响应、温度场分布，以及探究道路内部破坏机理、完善沥青路面设计理论和力学模型提供理论支持，为道路结构的预防养护提供依据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法


[0001]本专利技术涉及道路工程领域，特别是一种嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法。

技术介绍

[0002]目前，我国高速公路建设发展迅速，高速公路大多采用沥青路面结构。沥青路面频繁的早期损坏使的目前的研究聚焦于沥青路面结构在行车荷载和环境因素综合作用下的力学行为和受力状态。埋入式光纤光栅传感器克服了传统测量方法不能适应沥青路面服役周期长、服役环境恶劣等特点，其具有结构简单、可靠性良好、抗腐蚀、抗电磁干扰能力强和高精度等优点，而嵌入式光纤光栅传感器与沥青道路材料的协同变形问题也是目前的研究热点之一。
[0003]由于嵌入式的传感元件模量与沥青道路材料模量存在较大的差异，始终无法很好的进行模量匹配，导致嵌入式的传感单元无法和沥青混合料进行协同变形，所以只完成了出厂标定的光纤光栅传感器无法直接检测沥青道路内部的受力状态，故研究沥青路面材料与嵌入式传感器协同变形能力是光纤光栅传感器在道路工程行业应用的基础和前提。则亟待提出一种有效手段用于评价沥青路面材料与嵌入式传感器协同变形程度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法，用于解决现有技术无法对沥青路面内部光纤光栅传感器的协同变形程度进行准确评价的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法，包括如下步骤：(1)将沥青混合料、光纤光栅传感器以及LVDT传感器装填入试件模具中，成型后获得标准试件；(2)沿竖直方向对标准试件施加模拟实际路面车辆的冲击力，同步采集标准试件的位移数据、光纤光栅传感器的应变数据以及光纤光栅传感器的温度数据；(3)根据标准试件的位移数据计算得到标准试件的工程应变数据；(4)基于标准试件的工程应变数据与光纤光栅传感器的应变数据进行回归分析，获得修正曲线；(5)采用光纤光栅传感器的温度数据对修正曲线进行温度补偿，获得二次修正曲线；(6)基于二次修正曲线对标准试件与光纤光栅传感器的协同变形程度进行评价。
[0006]优选的，步骤(1)中，试件模具中部设有供沥青混合料装填的第一模具槽，第一模具槽沿竖直方向向下延伸处第二模具槽和第三模具槽，且第二模具槽和第三模具槽平行排布。
[0007]优选的，步骤(1)中，标准试件为模拟实际路面的沥青混合料旋转压实后制成的圆柱形工件，标准试件的尺寸与第一模具槽的尺寸相适应，且标准试件的密度符合马歇尔标准击实试验中100％
±
1的密度要求。
[0008]优选的，步骤(1)中，第二模具槽或第三模具槽任一模具槽中，均设有一光纤光栅
传感器和一LVDT传感器，光纤光栅传感器与LVDT传感器平行紧靠设置，且水平方向上两者持平。
[0009]优选的，步骤(2)中，采用MTS万能压力机，沿竖直方向对标准试件靠近LVDT传感器一侧逐级施加静态荷载的冲击力，并由LVDT传感器采集试件的位移数据；对所述标准试件逐级施加静态荷载的区间为1000～4000N。
[0010]优选的，步骤(2)中，光纤光栅传感器与解调仪信号连接，由解调仪采集光纤光栅传感器的应变数据。
[0011]优选的，步骤(3)中，根据标准试件的位移数据计算标准试件的工程应变数据，工程应变数据的计算式为：
[0012][0013]其中，ε为标准试件的工程应变数据，δ为标准试件的位移数据，L为标准试件竖直方向的高度。
[0014]优选的，步骤(4)中，以光纤光栅传感器的应变数据为自变量，标准试件的工程应变数据为因变量，进行一元线性拟合，得到线性的修正曲线。
[0015]优选的，步骤(5)中，光纤光栅传感器的温度数据为不同温度下温度传感器接收到的信号波长，根据光纤光栅传感器的温度数据建立信号波长变化值与温度之间的补偿函数关系，将补偿函数关系与修正曲线进行线性叠加，获得二次修正曲线；补偿函数关系为波长变化值与温度之间一元线性函数关系。
[0016]优选的，光纤光栅传感器外部环设有高模量保护套。
[0017]本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术提供了一种嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法，通过建立标准试件的工程理论应变数据与光纤光栅传感器的实际应变之间的关系，并以温度为修正参量，明确了沥青试件整体的理论应变与沥青试件内部的实际应变之间的量化关系，基于此能够由理论应变推知内部实际应变，为确定沥青道路内部真实力学响应、温度场分布，以及探究道路内部破坏机理、完善沥青路面设计理论和力学模型提供理论支持，为道路结构的预防养护提供依据。
附图说明
[0018]图1是本专利技术中嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法一实施方式的流程图；
[0019]图2是本专利技术中标准试件一实施方式的结构示意图；
[0020]图3是本专利技术实施例1中高模量保护套对标准试件的工程应变数据的影响对比图；
[0021]图4是本专利技术实施例1中光纤光栅传感器的应变数据图；
[0022]图5是本专利技术实施例1中修正曲线拟合图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均
属于本专利技术保护的范围。
[0024]请参阅图1，本专利技术中嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法，包括如下步骤：
[0025]S1，将试件、光纤光栅传感器以及LVDT传感器装配于试件模具中，获得标准试件。请参阅图2，本步骤中，试件模具1中部设有供沥青混合料装填的第一模具槽11，第一模具槽11沿竖直方向向下延伸处第二模具槽12和第三模具槽13，第二模具槽12和第三模具槽13平行排布；第二模具槽12或第三模具槽13任一模具槽中，均设有一光纤光栅传感器和一LVDT传感器，光纤光栅传感器与LVDT传感器平行紧靠设置，且水平方向上两者持平，在实际设置时尽可能使光纤光栅传感器与LVDT传感器两者测量方向、位置排布保持一致，以便于通过LVDT传感器所获取的位移数据能够更准确的反应光纤光栅传感器的变形程度。
[0026]本实施方式中，标准试件为模拟实际路面的沥青混合料旋转压实后制成的圆柱形工件，标准试件中第一安装槽的尺寸需与填入的沥青混合料相适应，且试件的密度符合马歇尔标准击实试验中100％
±
1的密度要求；由于圆柱形试件结构在受到竖直方向荷载而发生单轴压缩变形时，其受力状态简单清晰，受其他因素影响较小，所以将标准试件设计为圆柱形，能够大幅降低获取位移数据受其他因素的干扰。
[0027]本实施方式中，光纤光栅传感器中光纤结构可以是GFRP应变光缆、铠装应变光缆、铠装螺旋应变光缆等多种光缆的封装结构，将光纤光栅传感器装配至试件模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将沥青混合料、光纤光栅传感器以及LVDT传感器装填入试件模具中，成型后获得标准试件；(2)沿竖直方向对所述标准试件施加模拟实际路面车辆的冲击力，同步采集所述标准试件的位移数据、所述光纤光栅传感器的应变数据以及所述光纤光栅传感器的温度数据；(3)根据所述标准试件的位移数据计算得到所述标准试件的工程应变数据；(4)基于所述标准试件的工程应变数据与所述光纤光栅传感器的应变数据进行回归分析，获得修正曲线；(5)采用所述光纤光栅传感器的温度数据对所述修正曲线进行温度补偿，获得二次修正曲线；(6)基于所述二次修正曲线对所述标准试件与光纤光栅传感器的协同变形程度进行评价。2.根据权利要求1中所述的嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述试件模具中部设有供所述沥青混合料装填的第一模具槽，所述第一模具槽沿竖直方向向下延伸出第二模具槽和第三模具槽，且所述第二模具槽和第三模具槽平行排布。3.根据权利要求2中所述的嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述标准试件为模拟实际路面的沥青混合料旋转压实后制成的圆柱形工件，所述标准试件的尺寸与所述第一模具槽的尺寸相适应，且所述标准试件的密度符合马歇尔标准击实试验中100％
±
1的密度要求。4.根据权利要求2中所述的嵌入式光纤光栅传感器与沥青路面协同变形的评价方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述第二模具槽或第三模具槽任一模具槽中，均设有一所述光纤光栅传感器和一所述LVDT传感器，所述光纤光栅传感器与LVDT传感器平行紧靠设置，且水平方向上两者持平。5.根据权利要求1中...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗蓉，廖梦回，胡义成，张志远，梁宇，贺浩祥，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：