道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术制造技术

一种道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术，属于结构智能健康监测领域。其特征是利用分布式光纤传感技术，对道路结构形态进行全尺度监测；采用以光纤在全尺度方向感知的信息为基础，利用弯曲应变与曲率的关系进行重构处理的方法，重新构筑出监测到的道路结构形态，与初始形态进行对比分析，来反映道路结构的健康信息。本发明专利技术的效果和益处是能重构出道路结构服役状态的基础形态，可实现道路结构形态的全尺度及时监测，对比分析道路结构的初始形态和重构形态，可把握道路结构全尺度方向的健康信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于结构智能健康监测
，涉及到的是一种道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术。
技术介绍
对于道路结构，实际的承载主体是地基，其强度和稳定性直接影响道路的使用性质。但道路结构的地基产生如局部沉陷、开裂等类型的病害时，其会因外界荷载的多次作用而快速扩展到道路表面。若对道路结构的此类损伤进行维修，则需从最底层的地基开始整治，所需耗费的财力和物力将相当大。因此，有需要对道路结构基础的状态进行及时监测和实时维护，以免给后期工作带来大问题。关于道路结构，当前的检测技术有通过提取道路表面信息实现道路结构各相关性能测试的红外成像技术；通过在道路结构内部埋设传感器实现道路结构各相关性能测试的频谱分析技术、超声波无损检测技术及光纤光栅技术等。 但它们都局限于局部损伤检测，且测试理念停留在对道路结构其它上部介质层的检测，而忽略了道路结构基础形态的监测。因此，可考虑采用耐久性好、抗电磁干扰能力强且具长距离测试功能的光纤传感技术，对道路结构的形态进行全尺度监测。目前，关于对道路结构进行形态监测的研究尚未出现。但是，有部分学者在其它领域，通过光纤传感技术对测试数据进行特定处理后得到被重构的结构形状。上海大学章亚男等利用光纤光栅传感器测地下管线的等距离离散点的曲率信息，通过空间曲线重构方法反推处地下管线的空间位置形状， 但精度有待提高。加拿大Lee Danisch研制了一种主要用来监测结构空间变形的准分布式光纤光栅曲率传感器，但该传感器抵抗外物的强度较低，且内置多光纤光栅使得其造价很高。哈尔滨工业大学付宜利等利用一定曲率的准分布式光纤传感量测系统探索了三位曲面结构的重建方法，并以试验验证其设计的测量系统和重建方法的有效性，但其研究对象的尺寸受限。综合前述研究基础，本专利技术提出采用光纤传感技术，对道路结构进行形态的全尺度监测；采用特定装置，对光纤测试的信息进行重构处理，得到道路结构的当前形态，通过与初始形态进行对比分析，获取道路结构的健康信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术，解决了道路结构形态全尺度监测的问题。本专利技术的技术方案是一种基于道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术，利用光纤作为道路结构形态监测的传感元件；采用金属圆管作为分布式光纤的保护套，圆管内侧沿全尺度方向预留上部小方槽，作为光纤和夹持光纤的形状记忆合金的活动轨道，且圆管中性轴位置处布设有与形状记忆合金通过圆金属板相连接的可移动传力杆。由该技术所集成的系统工作时，利用外界传力装置移动传力杆，从而带动了光纤和形状记忆合金在沿道路全尺度方向的金属圆管内移动，光纤将感知的信号传递给分布式光纤解调仪，利用解调后的数据信息，进行重构处理，获得道路结构即时的全尺度形态。本专利技术包含的特征技术①所述的道路结构的全尺度形态监测是指对道路结构沿跨度方向的形态进行宏观监测；②所述的分布式光纤可沿金属圆管全尺度方向自由活动，通过形状记忆合金的记忆功能保证光纤在测试时只感受弯曲应变，而不受拉伸和压缩力作用；③所述的形状记忆合金是呈薄片状的具有记忆功能的合金，其记忆的是不受力状态；④所述的金属圆管是直径为Icm的沿道路结构跨度方向全分布的圆钢管；⑤所述的传力杆是通过外界传力装置的作用带动其能沿道路结构全尺度方向活动的；⑥所述的重构处理是指结合光纤在全尺度方向感知的信息，利用弯曲应变与曲率的关系，重新构筑出监测到的道路结构形态，区别于道路结构的初始形态；⑦所述的道路结构即时的全尺度形态是指测试时间段内道路结构的全尺度形态， 其变化可在宏观上反映道路结构的健康信息。本专利技术的效果和益处是能重构出道路结构服役状态的基础形态，可实现道路结构形态的全尺度及时监测，对比分析道路结构的初始形态和重构形态，可把握道路结构全尺度方向的健康信息。此外，本专利技术技术提供了一种考虑从全尺度测试到全尺度损伤识别及全尺度信息诊断的新理念，对结构健康监测有较好的指导意义。附图说明附图1是基于道路结构形态监测的全尺度光纤传感系统图。附图2是全尺度光纤布设工艺示意图。图中1分布式光纤；2金属圆管；3形状记忆合金；4金属圆板；5传力杆；6道路结构的面层；7道路结构的基层；8道路结构的底基层；9道路结构的地基；10数据处理器；11 分布式光纤解调仪；12传力装置；13重构的道路结构形态。具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。一种利用光纤传感技术对道路结构形态进行全尺度监测的系统，如附图1所示， 利用全尺度光纤传感技术，对道路结构进行形态监测，主要包括1分布式光纤、2金属圆管、3形状记忆合金、4金属圆板、5传力杆、10数据处理器、11分布式光纤解调仪、12传力装置等部分。其中，1分布式光纤的封装工艺如附图2所示，在道路结构全尺度方向的布设工艺如附图1所示。基于道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术的实施方式如下首先，将1分布式光纤经3形状记忆合金夹持后布设在2金属圆管的小方槽内，后将其整体埋设在道路结构的基础层(其中，光纤在道路结构全尺度方向的两端处预留多余引线)；光纤一端的引出线与11分布式光纤解调仪相连，11分布式光纤解调仪与数据处理器连接，5传力杆与外界12传力装置相连。至此，所需设备配置完毕，对该系统进行光路通畅的校核。测试时，通过外界12传力装置将力传递给5传力杆，从而带动被3形状记忆合金夹持的1分布式光纤沿2金属圆管内的小方槽活动，由此将信号传递给11分布式光纤解调仪，解调后的信号通过10数据处理器进行处理，可得到重构的道路结构形态，通过与其初始形态进行对比分析，即可获得道路结构全尺度上的健康状态。权利要求1.一种道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术，其特征是利用分布式光纤(1)传感技术，对道路结构进行全尺度监测；结合光纤在全尺度方向感知的信息，利用弯曲应变与曲率的关系，通过(10)数据处理器重新构筑出监测到的道路结构形态。2.根据权利要求1所述的一种道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术，其特征是 分布式光纤(1)可沿金属圆管( 全尺度方向自由活动，通过形状记忆合金(3)的记忆功能保证光纤在测试时只感受弯曲应变，而不受中拉压力作用。3.根据权利要求1所述的一种道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术，其特征是 利用数据处理器(10)，对测试信息进行重构处理；其中，重构处理是指结合光纤在全尺度方向感知的信息，利用弯曲应变与曲率的关系，重新构筑出监测到的道路结构形态(13) (区别于道路结构的初始形态)。全文摘要一种道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术，属于结构智能健康监测领域。其特征是利用分布式光纤传感技术，对道路结构形态进行全尺度监测；采用以光纤在全尺度方向感知的信息为基础，利用弯曲应变与曲率的关系进行重构处理的方法，重新构筑出监测到的道路结构形态，与初始形态进行对比分析，来反映道路结构的健康信息。本专利技术的效果和益处是能重构出道路结构服役状态的基础形态，可实现道路结构形态的全尺度及时监测，对比分析道路结构的初始形态和重构形态，可把握道路结构全尺度方向的健康信息。文档编号G01B11/16GK102221346SQ20111005682公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日专利技术者何建平, 刘婉本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种道路结构形态监测的全尺度光纤传感技术，其特征是：利用分布式光纤（１）传感技术，对道路结构进行全尺度监测；结合光纤在全尺度方向感知的信息，利用弯曲应变与曲率的关系，通过（１０）数据处理器重新构筑出监测到的道路结构形态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周智，刘婉秋，王花平，何建平，黄明华，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91