一种用于检测路面结构复杂应力状态的传感器的制造方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及路面结构力学和损伤预估研究技术领域，尤其是涉及一种用于检测路面结构复杂应力状态的传感器。
【【背景技术】】
[0002]无论是水泥路面还是沥青路面，均属于半无限体层状结构。路面出现的疲劳、车辙、龟裂等各种破坏形式，是半无限体内部应力应变累积的结果。因此，检测获取实际交通荷载下路面结构内部力学状态信息，是研究其损伤演化过程，优化路面结构和路面材料设计，完善相关设计规范的基础。但是，实际路面结构承受移动车辆荷载作用，路面结构又呈多层体系结构，路面材料还是力学性质随温度和加载频率变化而变化的多项复合材料，这导致路面结构内部应力应变状态非常复杂。同时，考虑到施工时的高温、碾压、剪切等破坏作用，为置入路面内部的检测其应力状态的传感器提出了很大的挑战。
[0003]目前采用的置入式传感器，经试验中的合理布置，往往能够检测车辆行驶方向、垂直车辆行驶方向和垂直路面方向的应变。而对于路面这一复杂应力状态的半无限体结构，一般认为最大拉应力是评价其损伤破坏的合理力学指标。仅仅检测以上3个方向上的应变，是无法获得路面内部最大拉应变或拉应力的，因此，改进现有检测原理，开发能够直接或间接检测获取路面内部最大拉应变信息的传感器，显得尤为必要。
[0004]同时，有些学者认为，剪应力是导致路面上面层及中面层破坏的力学原因，需要跟踪检测实际交通荷载下路面内部的剪应力。从力学原理而言，剪应力无法直接检测，只能通过检测3个正交方向以及3个45度方向的应变，采用弹性力学，合成得到剪应变和剪应力。而现有相关传感器均没有考虑该方面检测需求。
[0005]另外，为了防止施工中压路机和摊铺机对传感器的剪切、揉搓破坏作用，在传感器上常常设计有刚度较大的保护结构，一般为金属钢结构。该处理方法，可以有效提高传感器的成活率，但是，由于金属钢结构的弹性模量与路面材料的严重差异，就改变了检测位置的力学状态，引起严重的测量误差。长期使用，传感器还影响路面的使用寿命。
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【发明内容】
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[0006]针对以上不足，本发明提出一种用于检测路面结构复杂应力状态的传感器，其突出的创新性在于:I)能够检测得到路面内部任意一个方向的应变，以及最大拉应变;2)能够检测得到路面内部剪应力;3)传感器与路面材料能够协调变形，没有钢结构保护套;4)体积小、结构简单、成本低、灵敏度高;5)能够抵抗路面施工中的破坏作用，是一种理想的预埋置入式传感器。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]—种用于检测路面结构复杂应力状态的传感器，包括弹性元件10和设置在弹性元件内用于对被检测路面的动力响应进行检测的多个敏感元件(Ml，M2，M3，M4，M5，M6);
[0009]在弹性元件10内建立空间直角坐标系，所述的敏感元件分别设置在该空间直角坐标系中的六个不同的方位上；
[0010]所述的六个不同的方位为该坐标系中同一卦限对应的三个坐标轴的半轴分别对应的方位，以及分别在该卦限对应的三个坐标平面内各对应一个方位，处于坐标平面内的方位为每个坐标平面对应的两个坐标轴的角平分线对应的方位；
[0011 ] 所述的弹性元件内还设置有信号传递线路，所述的敏感元件(Ml，M2，M3，M4，M5，M6)与该信号传递线路连接。
[0012]所述的弹性元件10内开设有布纤凹槽B，所述的敏感元件和信号传递线路均设置在该布纤凹槽納，布纤凹槽B的端口即进出线口J延伸至弹性元件的外表面。
[0013]所述的弹性元件10内开设有注防水胶凹槽F，所述的注防水胶凹槽F内填充有用于防水的防水胶，所述的注防水胶凹槽F开设在所述的敏感元件和信号传递线路的外缘，且注防水胶凹槽F的端口延伸至弹性元件的外表面。
[0014]所述的弹性元件10包括第一弹性元件1、第二弹性元件2、第三弹性元件3和第四弹性元件4，所述的第一弹性元件1、第四弹性元件4和第二弹性元件2相互连接在一起且设置在第三弹性元件3的表面上；
[0015]第一弹性元件I与第四弹性元件4相接触的表面、第一弹性元件I与第二弹性元件2相接触的表面和第一弹性元件I与第三弹性元件3相接触的表面相互垂直；
[0016]所述的布纤凹槽B开设在第一弹性元件I分别与第四弹性元件4、第二弹性元件2和第三弹性元件3之间相互接触的表面上，所述的注防水胶凹槽F开设在第一弹性元件1、第四弹性元件4、第二弹性元件2和第三弹性元件3之间相互接触的表面上；
[0017]以第一弹性元件I与第四弹性元件4相接触的表面、第一弹性元件I与第二弹性元件2相接触的表面和第一弹性元件I与第三弹性元件3相接触的表面的交点为所述空间直角坐标系的原点，以第一弹性元件I与第四弹性元件4相接触的表面、第一弹性元件I与第二弹性元件2相接触的表面和第一弹性元件I与第三弹性元件3相接触的表面为所述空间直角坐标系的坐标平面，所述敏感元件(Ml，M2，M3，M4，M5，M6)设置在该坐标系中所述的六个不同的方位上，敏感元件和所述信号传递线路设置在第一弹性元件I上开设的布纤凹槽B内。
[0018]所述的第一弹性元件1、第四弹性元件4、第二弹性元件2和第三弹性元件3之间相互接触的表面通过粘合剂粘合密封连接，粘合剂选用环氧沥青。
[0019]所述的第一弹性元件I包括第一1/8球体Ql和第一 1/4平板Pl，第四弹性元件4包括第一 1/4球体Q2和第一 1/2平板P2，第二弹性元件2包括第二 1/8球体Q3和第二 1/4平板P3，所述第三弹性元件3为板件;第一弹性元件1、第四弹性元件4、第三弹性元件3和第二弹性元件
2连接在一起形成的结构包括由所述第一 1/8球体Ql、第一 1/4球体Q2和第二 1/8球体Q3构成的半球体结构9，以及由所述第一 1/4平板P1、第一 1/2平板P2、第二 1/4平板P3和第三弹性元件3构成的平板结构8，所述的半球体结构9设置在平板结构8的中心位置，半球体结构9的平面部分设置在平板结构8的上表面;所述的平板结构8上开设有通孔K，该通孔K用于填充路面材料，使传感器与路面结构协调变形。
[0020]所述的半球体结构9的球面上设置有嵌入结构13，所述的嵌入结构13包括从所述半球体结构9球面上垂直向外延伸的立柱11和设置在该立柱自由端上的凸台12，传感器通过所述嵌入结构13镶嵌到路面材料中使传感器与路面结构协调变形；
[0021]所述的立柱11为圆柱形立柱，所述的凸台12为椭球形凸台，椭球形凸台的长轴与圆柱形立柱的轴线垂直；
[0022]所述的嵌入结构13包括第一嵌入结构5、第二嵌入结构6和第三嵌入结构7，所述的第一嵌入结构5设置在第一弹性元件I与第二弹性元件2的交界处，且第一嵌入结构5的轴线与所述平板结构8呈45度夹角，第二嵌入结构6设置在第一弹性元件I与第四弹性元件4的交界处，且第二嵌入结构6的轴线与所述平板结构8呈45度夹角，第三嵌入结构7设置在半球结构球面的顶部，且第三嵌入结构7的轴线与所述平板结构8呈90度夹角。
[0023]所述的每个立柱11中均设置有所述的敏感元件，设置在立柱11中的敏感元件沿着立柱的轴向设置。
[0024]所述的敏感元件为布拉格光栅。
[0025]所述弹性元件的材