数据；⑥相对其他测试竖向应变传感器，扩展到相同监控范围尺度，本传感器造价要低很多本传感器亦可用于长期永久变形监测。
【附图说明】
[0017]附图1是基于光纤传感技术的沥青路面连续竖向变形监测传感器主要部件结构示意图。
[0018]图中:1传输光纤；2光栅；3曲率应变转换条；4单端固定块；5螺旋钢管；6固定线；7方向控制座；8防水套。
[0019]附图2是传感器整体布设示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合技术方案和附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0021]如图所示，主要包括传输光纤1、光栅2、曲率应变转换条3、单端固定块4、螺旋钢管5、固定线6、方向控制座7、防水套8。
[0022]曲率应变转换条表面沿纵向直线贴有多个裸光纤光栅或裸光纤光栅串，曲率应变转换条穿于螺旋钢管中。曲率应变转换条的一端利用单端固定块与螺旋钢管固接，保证曲率应变转换条与螺旋钢管不发生相对运动，且光纤光栅位于曲率应变转换条与螺旋钢管接触线的正对方。传感器埋设时可以根据需要设置曲率应变转换条处于螺旋钢管正上方或正下方。
[0023]利用固定线在选定位置以一定密度从螺旋钢管的螺旋缝隙绕紧曲率应变转换条，固定线接头粘于螺旋钢管外侧，固定线需表面光滑，作用是保证曲率应变转换条在螺旋钢管截面方向与螺旋钢管不发生相对运动，但在轴向上可以自由活动。因此在螺旋钢管发生弯曲变形时，曲率应变转换条也受迫只进行纯弯曲变形，在轴向上并不额外受螺旋钢管带来的拉力。因为曲率应变转换条截面尺寸固定，光栅应变只与所在点的曲率半径有关，且成反比例。在忽略光纤本身尺寸刚度影响时，按如下关系式计算:
[0024]I/P = ε /y
[0025]其中P为所测点曲率半径，ε是光纤光栅应变，y为光栅距曲率应变转换条中性轴距离。若考虑光纤尺寸刚度影响，则光栅与所在点曲率可由有限元建模方法计算，由于所用材料的线弹性特质，光栅应变与所在点的曲率半径仍是线性关系。
[0026]在螺旋钢管外部套有薄塑料防水套，防止布设后水份进入。分别将测试段螺旋钢管的两端固定在方向控制座上，布设时传感器放置在平整面上以保证曲率应变转换条根据布设要求处于螺旋钢管的正上方或正下方。
[0027]该沥青路面连续竖向变形监测传感器适合布设在被测沥青路面层底部。布设层下层压实平整后，将传感器放置于待测位置，在单个或两个方向控制座底部与底面层固定，以稳定传感器布设位置及方向。光纤光栅传输段经由保护线引至道路结构外测试点。之后按沥青路面成型程序完成被测沥青路面层的摊铺及碾压。传感器放置固定后及路面层碾压完成后可分别进行光纤光栅应变测量，以获取初始参考值，了解传感器，即被测路面层底，初始形态。在进行道路结构竖向应变场测试时，适用于动静态加载形式，螺旋钢管紧贴道路结构层随之发生弯曲变形，实时测量出各个光纤光栅的应变响应。利用多项式拟合等方法以各离散点的光纤光栅应变值拟合出传感器所在位置的整条连续应变曲线，再利用曲率应变转换条的截面形状可以轻易的计算出曲率应变转换条的整条弯曲状态曲线，也就近似等同于道路结构层底部的动静态竖向变化曲线。道路结构层底部的动静态变化曲线的测试精度由光纤光栅的放置数量、密度和测试长度来改变。以变形很小的方向控制座处为曲线对齐点，每次测试的变化曲线与初始状态的传感器测试曲线差即为被测层的连续竖向变形曲线。通过长期数据采集，监测路面结构的竖向永久变形。
【主权项】
1.一种基于光纤传感技术的沥青路面连续竖向变形监测传感器，包括裸光纤光栅、曲率应变转换条、单端固定块、螺旋钢管、固定线、方向控制座、防水套；其特征在于:裸光纤光栅作为变形敏感元件；曲率应变转换条表面沿纵向直线贴有多个裸光纤光栅或裸光纤光栅串，穿于螺旋钢管中；曲率应变转换条的一端利用单端固定块与螺旋钢管固接，光纤光栅位于曲率应变转换条与螺旋钢管接触线的正对方；固定线在特定位置从螺旋钢管的螺旋缝隙绕紧曲率应变转换条，固定线接头粘于螺旋钢管外侧；螺旋钢管外部套有防水套；测试段螺旋钢管的两端固定在方向控制座上。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的沥青路面连续竖向变形监测传感器，其特征在于:传感器由多个裸光纤光栅或裸光纤光栅串同时测试，不能仅用单一光纤光栅。3.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤传感技术的沥青路面连续竖向变形监测传感器，其特征在于:传感器的长度大于被测变形区域长度，起始端的方向控制座远离被测变形区域，变形区域光栅布置比起始区域密集。4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于光纤传感技术的沥青路面连续竖向变形监测传感器，其特征在于:曲率应变转换条由高弹性纤维强化塑料或金属材料构成；单端固定块采用环氧树脂材料或金属材料构成；固定线为工程塑料线或金属丝；方向控制座则由金属材料或纤维强化塑料构成；防水套由薄硬塑料材料构成。5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于光纤传感技术的沥青路面连续竖向变形监测传感器，其特征在于:该传感器布设在被测沥青路面层底部；布设层下层压实平整后，将传感器放置于待测位置，在单个或两个方向控制座底部与底面层简单固定。6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种基于光纤传感技术的沥青路面连续竖向变形监测传感器，其特征在于:用于动静态加载形式时，螺旋钢管紧贴道路结构层随之发生弯曲变形，实时测量出各个光纤光栅的应变响应；利用多项式拟合等方法以各离散点的光纤光栅应变值拟合出传感器所在位置的整条连续应变曲线，再利用曲率应变转换条的截面形状计算出曲率应变转换条的整条弯曲状态曲线；以变形很小的方向控制座处为曲线对齐点，每次测试的变化曲线与初始状态的传感器测试曲线差即为被测层的连续竖向变形曲线。
【专利摘要】一种基于光纤传感技术的沥青路面连续竖向变形监测传感器，属于道路设备技术领域。其特征是布设在被测沥青路面层底部，布设层下层压实平整后，将传感器放置于待测位置，之后直接进行道路铺设、碾压。可以适用于动静态加载形式，螺旋钢管紧贴道路结构层随之发生弯曲变形，实时测量出各个光纤光栅的应变值。利用多项式拟合等方法利用各离散点的光纤光栅应变值拟合出传感器所在位置的整条连续应变曲线，再利用曲率应变转换条的截面形状计算出道路结构层底部的动静态变化曲线。也可以通过长期数据采集，监测路面结构的竖向永久变形。本发明的效果和益处是造价低，使用简单，布设方便，不影响路面正常施工，精度高，测试范围大，动静态都可测试。
【IPC分类】G01B11/16, E01C23/01
【公开号】CN105064187
【申请号】CN201510253059
【发明人】刘婉秋, 周红媚, 王博实, 周智
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年5月18日