【技术实现步骤摘要】
本专利技术监测传感器，尤其涉及一种基于弱光纤光栅阵列冰层厚度监测传感器
技术介绍
1、高等级公路与机场跑道等路面结冰时，车轮与路面摩擦作用大大减弱，容易打滑，造成交通安全事故，因此冬季路面结冰是交通运营的重要安全隐患。现有的一部分基于线路巡检车的路面结冰监测方法仅在运营的天窗期开展巡检，巡检实时性差，另一部分基于视频技术的路面结冰监测方法虽然具有较强的实时性，但是容易受到雨、雪和雾的干扰且不能识别冰层厚度监测。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，通过有弱反射光纤光栅阵列的光纤和等强度梁紧密的贴合，有弱反射光纤光栅阵列的光纤中的弱反射光纤光栅随着等强度梁的弯曲产生变化，以此测量出冰层的厚度。
2、技术方案：为实现上述目的，本专利技术的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，包括纵向的等强度梁，所述等强度梁的下端固定，上端为自由端；等强度梁上沿长度方向布置有弱反射光栅阵列的光纤；所述等强度梁的自由端垂直连接有施力拉线，施力拉线的另一端连接施力单元，所述施力单元通过施力拉线对等强度梁施加拉力形成弯矩。
3、进一步的，等强度梁设置在传感器壳体内，所述传感器壳体的表面均匀分布有若干个镂空孔，等强度梁的下端固定在传感器壳体的底部。
4、进一步的，施力单元包括电动伸缩器，电动伸缩器固定在传感器壳体内壁，所述电动伸缩器的伸缩端与施力拉线的末端连接。
5、进一步的
6、进一步的，有弱反射光纤光栅阵列的光纤内沿长度方向分布有由若干个弱反射光纤光栅单元组成的光栅阵列。
7、进一步的，弱反射光纤光栅阵列中任意相邻的弱反射光纤光栅单元的间隔小于2mm。
8、进一步的，等强度梁是一个纵向的片状结构，所述纵向片状结构从上至下逐渐变宽，所述纵向片状结构下端轮廓焊接在传感器壳体的底部。
9、进一步的，一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器的冰厚检测方法：
10、初始状态下，传感器壳体安装在地面，施力拉线处于松弛状态；
11、由于地面积水的原因，积水通过传感器壳体的镂空孔进入到传感器壳体内，从而使传感器壳体内的液面高度与地面积水的高度一致；当气温下降时，地面积水和传感器壳体内的积水同步结冰，此时等强度梁的下部分陷入传感器壳体内底部的结冰层中，并且与冰层结为一体；将等强度梁下部与冰层结为一体的部分记为等强度梁冰封段，将等强度梁上部没有陷入冰层中的部分记为等强度梁自由段；
12、此时，电动伸缩器通过施力拉线对等强度梁施加一个弯矩，等强度梁自由段在弯矩的作用下会产生弯曲形变，在等强度梁自由段上的所有弱反射光纤光栅单元均受到弯曲应力的影响，使得折射率发生显著变化；由于等强度梁冰封段已经和冰层结为一体，以此等强度梁冰封段在冰层的约束下不会产生形变，因此在等强度梁冰封段的所有弱反射光纤光栅单元的折射率不会发生显著变化；
13、通过已发生显著折射率变化的弱反射光纤光栅单元的数量与没有发生显著折射率变化的弱反射光纤光栅单元的数量的比值，得出等强度梁冰封段与等强度梁自由段的比值，由于等强度梁的长度是已知的，进而得出等强度梁冰封段长度，最终得到冰层的厚度。
14、有益效果：本专利技术的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，等强度梁因结冰后，等强度梁冰封段已经和冰层结为一体，以此等强度梁冰封段在冰层的约束下不会产生形变，因此在等强度梁冰封段的所有弱反射光纤光栅单元的折射率不会发生显著变化；通过已发生显著折射率变化的弱反射光纤光栅单元的数量与没有发生显著折射率变化的弱反射光纤光栅单元的数量的比值，得出等强度梁冰封段与等强度梁自由段的比值，由于等强度梁的长度是已知的，进而得出等强度梁冰封段长度，最终得到冰层的厚度。与此同时，增加了单根光纤的复用光栅数量，提高了测量冰层厚度的精度；可靠性更高。
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1.一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，其特征在于：纵向的等强度梁(2)，所述等强度梁(2)的下端固定，上端为自由端；等强度梁(2)上沿长度方向布置有弱反射光栅阵列的光纤(5)；所述等强度梁(2)的自由端连接有施力拉线(3)，施力拉线的另一端连接施力单元(4)，所述施力单元(4)通过施力拉线(3)对等强度梁(2)施加拉力形成弯矩。
2.根据权利要求1所述的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，其特征在于：所述等强度梁(2)设置在传感器壳体(1)内，所述传感器壳体(1)的表面均匀分布有若干个镂空孔(10)，等强度梁(2)的下端固定在传感器壳体(1)的底部。
3.根据权利要求2所述的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，其特征在于：所述施力单元(4)包括电动伸缩器(41)，电动伸缩器(41)固定在传感器壳体(1)内壁，所述电动伸缩器(41)的伸缩端与施力拉线(3)的末端连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，其特征在于：所述传感器壳体(1)内设置有固定的横杆(101)，所述施力拉线(3)跨过横
5.根据权利要求1所述的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，其特征在于：所述有弱反射光纤光栅阵列的光纤(5)内沿长度方向分布有由若干个弱反射光纤光栅单元(50)组成的光栅阵列。
6.根据权利要求1所述的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，其特征在于：所述弱反射光纤光栅阵列中任意相邻的弱反射光纤光栅单元(50)的间隔小于2mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，其特征在于：所述等强度梁(2)是一个纵向的片状结构，所述纵向片状结构从上至下逐渐变宽，所述纵向片状结构下端轮廓焊接在传感器壳体(1)的底部。
8.根据权利要求5所述的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器的冰厚检测方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，其特征在于：纵向的等强度梁(2)，所述等强度梁(2)的下端固定，上端为自由端；等强度梁(2)上沿长度方向布置有弱反射光栅阵列的光纤(5)；所述等强度梁(2)的自由端连接有施力拉线(3)，施力拉线的另一端连接施力单元(4)，所述施力单元(4)通过施力拉线(3)对等强度梁(2)施加拉力形成弯矩。
2.根据权利要求1所述的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，其特征在于：所述等强度梁(2)设置在传感器壳体(1)内，所述传感器壳体(1)的表面均匀分布有若干个镂空孔(10)，等强度梁(2)的下端固定在传感器壳体(1)的底部。
3.根据权利要求2所述的一种基于弱光纤光栅阵列的冰层厚度监测传感器，其特征在于：所述施力单元(4)包括电动伸缩器(41)，电动伸缩器(41)固定在传感器壳体(1)内壁，所述电动伸缩器(41)的伸缩端与施力拉线(3)的末端连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于弱光纤光栅阵列...
【专利技术属性】
技术研发人员：张喆，李嘉康，何建平，周之龙，
申请(专利权)人：南通理工学院，
类型：发明
国别省市：
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