一种分布式光纤传感器的布置方法与流程

本发明涉及沥青路面上的传感器布置方法，具体涉及一种分布式光纤传感器的布置方法，属于道路检测技术领域。

背景技术：

沥青路面研究中所用的智能感知元件主要为点式传感器和分布式光纤传感器。分布式光纤传感器由于其可实现长距离、全断面的结构信息监测，且成本较低，已逐渐成为行业领域内的研究热点。

在公路土基和边坡监测方面，一般将光纤传感器粘贴于测量管表面，埋入开槽内，利用测量管的应变得到土体内的变形。与土体内埋设传感器不同，沥青路面的光纤传感器布设工艺更为复杂，要求内置传感器与沥青混凝土变形协调、布设规模不影响路面使用性能，因此无法采用测量管方式进行埋设；要求内置传感器承受高温、集料碾压而不损坏。

针对混凝土内埋设光纤传感器的问题，已有文献提出在混凝土表面进行开槽，通过压块和螺栓或螺钉将光纤传感器固定在混凝土内部，填补开槽的布设方法。此方法在沥青路面中应用具有局限性，首先此方法忽略了沥青路面高温施工的特点；其次路面多为分层结构，往往需要监测各结构层层底数据，在埋设层表面进行开槽难度大。

在沥青路面中，目前的研究主要集中在点式传感器上，针对光纤传感器应用的研究较少。与点式传感器相比，光纤传感器布设距离更长，布设难度更大，其难点及问题具体体现在以下几个方面。

1.布设周期长

分布式监测断面纵向跨距长，完成布设层摊铺、开槽、安装、回填及压实整个流程所需时间长。首先，沥青面层摊铺速度慢，断面距离增大导致布设前等待时间增加；其次，光纤布设所需开槽数量多、尺寸长，开槽过程中局部混合料冷却硬化加快，开槽时耗增加；再次，对长距离光纤施加微预应力，安装时耗长；最后，长距离导致开槽回填时耗增大。综上，各环节时耗增加导致整个布设周期变长。

2.开槽难度大

为保证分布式光纤安装质量，对槽内平整度要求较高。在长距离开槽过程中，随时间增加面层冷却变硬，采用电镐、铁镐等工具，开槽难度增大，且槽内平整度难以保证。

3.传感器固定效果不佳

目前常用夹持块或压头和螺丝或螺钉对传感器进行固定，而在路面摊铺过程中，传感器在混合料挤压作用下，易产生滑移、劈裂等现象；为改善固定效果，通常采用常温胶粘接传感器与夹持块或压头，尽管能达到固定效果，但常温胶固结时间缓慢，不便现场施工。

4.回填效果难以保证

开槽回填时应保证混合料充分包裹光纤，避免槽内脱空等现象，一般采用小粒径沥青混合料进行回填。但实际操作中，开槽宽度与光纤直径相近，安装分布式光纤后，回填料难以进入槽底，找平困难；另一方面，回填料与压路机滚轮接触面积小，难以压实，导致整个回填效果不佳。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，而提供一种用于沥青路面上的分布式光纤传感器的布置方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种用于沥青路面上的分布式光纤传感器的布置方法包括以下步骤：

a、在现有的分布式光纤传感器的两端分别安装限制轴向移动的固定座，并对分布式光纤传感器的表面包覆热塑性胶体材料；

b、对现有的路面进行开槽，对路面上的槽口安装固定座的位置进行扩大，固定座装入路面的槽内；

c、将固定座固定在路面的槽内，在路面摊铺时将高温沥青混合料填入路面的槽内。

进一步地，步骤a中在安装固定座之前，先将分布式光纤传感器的两端分别加工环形凹槽，再加工两套半圆环，每套半圆环由两个对称的半圆环组成，每个半圆环的内表面加工有与环形凹槽行配合的凸起，每个半圆环的外表面加工有螺纹，分别将两套半圆环扣合在分布式光纤传感器的两端，所述固定座上加工有螺纹孔，将每套半圆环旋入到所述固定座的螺纹孔内。

进一步地，步骤b中的开槽的宽度与包覆热塑性胶体材料后的分布式光纤传感器的直径相同。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)分布式光纤传感器的两端安装固定座，提前布设减缓了现场布设节奏，改善了布设效果，可直接进行路面摊铺工作，不影响现场施工进度。

(2)分布式光纤传感器表面铺设制作工艺简单，且成本较低，利用热塑性胶体材料对成品光纤传感器进行充分包裹，保证了包裹后传感器表面具有一定平整度。

(3)本发明适应于沥青路面高温施工特点，一定程度上抵抗车辆碾压，路面摊铺后与混合料结合紧密，具有稳定性好、存活率高、耐腐蚀、精度高等突出优点。

(4)本发明所采用的两套半圆环，通过两个半圆环挤压的方式，确保传感器位置的固定，确保固定座与路面固定，且路面开槽的宽度与分布式光纤传感器包覆热塑性胶体材料后的直径相同，限制了分布式光纤传感器轴向和径向的位移，从而减少了一般布设方法中分布式光纤传感器发生滑移的现象。

(5)本发明提供的布设方法利用高温沥青熔化热塑性胶体材料进行槽内空隙填充，无需摊铺后开槽，不仅提高了传感器的布设效率，且对路面结构破坏小，保证了沥青路面的平整度与整体性。

(6)沥青路面摊铺时，热塑性胶体材料在高温下软化、粘结力增强，受压后自动填充槽内空隙，从而避免了回填粗集料对分布式光纤传感器的破坏，也不需预先准备细集料，且所述热塑性胶体材料对路面性能影响较小，不仅达到了填充效果，而且简化了布设工艺，便于现场施工。

附图说明

图1是分布式光纤传感器布置在沥青路面的平面图；

图2是分布式光纤传感器布置在沥青路面的断面图；

图3是分布式光纤传感器两端安装固定座的示意图；

图4是两个半圆环固定在分布式光纤传感器一端的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图2来说明本实施方式，本实施方式一种用于沥青路面上的分布式光纤传感器的布置方法包括以下步骤：

a、在现有的分布式光纤传感器1的两端分别安装限制轴向移动的固定座2，并对分布式光纤传感器1的表面包覆热塑性胶体材料；

b、对现有的路面4进行开槽，对路面4上的槽口安装固定座2的位置进行扩大以保证固定座2顺利安装入路面4的槽内；

c、将固定座2固定在路面4的槽内，在路面4摊铺时将混合的高温沥青混合料填入路面4的槽内，由于高温使包覆在分布式光纤传感器1表面的热塑性胶体材料熔化，以填补分布式光纤传感器1四周的空隙。

具体实施方式二：结合图3和图4来说明本实施方式，本实施方式步骤a中在安装固定座2之前，先将分布式光纤传感器1的两端分别加工环形凹槽，再加工两套半圆环3，每套半圆环3由两个对称的半圆环3组成，每个半圆环3的内表面加工有与环形凹槽相配合的凸起，每个半圆环3的外表面加工有螺纹，分别将两套半圆环3扣合在分布式光纤传感器1的两端，所述固定座2上加工有螺纹孔2-1，将每套半圆环3旋入到所述固定座2的螺纹孔2-1内。

本实施设置两个半圆环3，两个半圆环3内设有与环形凹槽相配合的凸起，可以限制分布式光纤传感器1的轴向移动。

其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式步骤b采用gps或全站仪进行定位，利用切割机对路面4进行切割，使路面4上的开的槽平直，并使深度一致。

如此设置，使开槽更加的准确。

它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式步骤b中的开槽的宽度与分布式光纤传感器1包覆热塑性胶体材料后的直径相同。

如此设置，限制分布式光纤传感器1的径向移动。

它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式步骤a中包覆的热塑性胶体材料的厚度为1-20mm。

如此设置，使路面4的槽内的空隙填充的更加密实，并且增加粘着力。

它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式步骤c中高温沥青混合料的温度为100℃-170℃。

它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式热塑性胶体材料为温度在100℃-170℃下软化并能增强粘结力的材料。

它组成和连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式所述热塑性胶体材料为基质沥青、改性沥青、乳化沥青、灌封胶或贴缝带中的任意一种。

它组成和连接关系与具体实施方式一、六或七相同。

实施例：

选定直径5mm的frp分布式光纤传感器1作为实施方案，利用车床在分布式光纤传感器的两端分别车削两个环形凹槽，再制作两套半圆环3，将两个半圆环3扣在分布式光纤传感器1上加工有环形凹槽的位置，并旋入到固定座2的螺纹孔2-1中，其目的主要是防止分布式光纤传感器1固定在路面4的槽内以后发生轴向移动。

选用贴缝带作为分布式光纤传感器1表面的包裹材料，包覆的厚度为1-5mm，2mm为最佳厚度，保证贴缝带在分布式光纤传感器1表面分布均匀平整，分布式光纤传感器1包覆后的直径为9mm。

利用gps定位，在路面4上划两条白线标记开槽位置，两条白线的宽度为9mm，采用切割机按照划线位置对路面4进行切割，再利用电镐清除两条切割槽之间的混凝土形成装纳分布式光纤传感器1的槽，槽深为10-15mm，10mm为最佳，保持槽底部的平整，根据固定座2的位置和尺寸对路面4上槽进行扩大，确保分布式光纤传感器1的固定端和非固定端在安装后保持平直，再利用电镐和凿子在路面4旁开设导线槽，将分布式光纤传感器1的导线引出路面4。

在路面4的槽内安装固定座2的位置打膨胀螺栓孔，将膨胀螺栓安装在膨胀螺栓孔内并将固定座2通过膨胀螺栓固定，安装固定座2时保持分布式光纤传感器1平直，可以在分布式光纤传感器1每隔10-20mm之间增设一个压头以使分布式光纤传感器1牢固的固定在路面4的槽内。

在路面4摊铺时，高温沥青混合料的温度大约为150℃，与分布式光纤传感器1的贴缝带接触的温度高于100℃，将贴缝带熔化，使分布式光纤传感器1四周的贴缝带填充到路面4上的槽的空隙中，并且包覆后的分布式光纤传感器1的上表面被沥青混合料覆盖，完成分布式光纤传感器1的布设。