一种嵌入式光纤光栅传感器的施工固定方法

1.本发明涉及道路工程领域，尤其涉及一种嵌入式光纤光栅传感器的施工固定方法。


背景技术：

2.目前，我国高速公路建设发展迅速，高速公路大多采用沥青路面结构。随着交通量的增长以及超载现象的不断出现，很多的沥青路面早期频繁损坏。道路病害大多数是由服役初期的微小损伤开始的，如不及时发现进行相应的养护，将会对道路结构整体稳定性造成很大影响，此外，道路的交通量与承载能力的不匹配，不能获取道路服役期间的交通实时数据，导致无法及时形成对应的预防措施。因此，监测道路内部的荷载响应和环境信息是路面结构设计和路面养护管理的基础，目前比较前沿的光纤光栅阵列技术正好能满足道路内部监测的需求，而光纤光栅传感器拥有着高灵敏度、性能稳定、抗干扰能力强、高智能的特点，能够在极其恶劣的环境下长时间的工作。
3.目前光纤作为传感材料已经运用在航空、船舶、桥梁等领域，但是在道路行业的运用还处于发展阶段，用于沥青路面长期监测时，存在光纤光栅传感器保护与铺设的技术难点，现有的嵌入式光纤光栅传感器埋设方式是预先在路面层间刻槽，再进行埋设固定。该埋设方式存在以下缺陷：1.在道路摊铺的施工阶段需要中对路面进行开槽，过程繁琐，耗费成本大，施工效率低。2.人工刻槽会使道路层间薄弱，导致沥青混合料易沿薄弱处产生裂缝，光纤光栅传感器易于损坏。
4.基于以上所述，如何降低成本且提高施工效率，提高光纤光栅传感器的使用寿命，以及避免埋设光纤光栅传感器对道路结构造成破坏的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种嵌入式光纤光栅传感器的施工固定方法，解决现有技术中开槽埋设光纤光栅传感器的施工效率低，所需成本高，光纤光栅传感器使用的寿命短，且容易对道路结构造成破坏的技术问题。
6.为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种嵌入式光纤光栅传感器的施工固定方法，包括以下步骤：
7.s1：规划施工区域，确定施工区域内光纤光栅传感器的测点位置和布设路径；
8.s2：将路面铣刨平整；
9.s3：在所确定的测点位置上布置光纤光栅传感器，并将与光纤光栅传感器相连的光缆沿布设路径展开；
10.s4：采用沥青防裂贴对光缆固定，且沥青防裂贴沿布设路径分布；
11.s5：沿布设路径覆盖沥青混合料，且沥青混合料将光缆和光纤光栅传感器覆盖；
12.s6：路面摊铺。
13.进一步的，步骤s2中：利用铣刨机将路面铣刨至基层、并根据上述布设路径对路肩开设槽口。
14.进一步的，根据光纤光栅传感器所在测点位置的高度，在基层上铺设下层面或依次铺设下层面和中层面。
15.进一步的，步骤s3具体包括：
16.s31：在所确定的测点位置和布设路径上作标记；
17.s32：对应于上述标记，分别布置光纤光栅传感器和光缆，其中光缆沿布设路径穿过槽口、并与解调仪电连接。
18.进一步的，步骤s4中：沥青防裂贴包括土工合成材料层和沥青材料层，土工合成材料层与沥青材料层连接，使用时利用喷枪加热沥青材料层，并将沥青材料层与光缆呈90
°
粘贴。
19.进一步的，利用沥青材料层粘贴光缆时，保证光缆的粘贴部位呈绷直状态。
20.进一步的，步骤s6中：利用摊铺机将沥青混合料摊铺在下层面或中层面上，然后采用压路机进行碾压，以形成上层面。
21.进一步的，步骤s6之后还包括路面质量检验及验收。
22.进一步的，所述路面质量检验具体包括对路面渗水系数、摩擦系数和平整度性能检验。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果：
24.1.本发明无需在路面开设容纳光纤光栅传感器和光缆的槽道，通过采用路面摊铺的方式能够提高施工效率，以及节省成本。
25.2.在路面摊铺之前利用沥青防裂贴粘结强度高的优点，将光纤光栅传感器和光缆的位置固定，即能避免后期覆盖沥青混合料时，由于光缆弯折造成的光纤光栅传感器的损伤和破坏，又使能使光纤光栅传感器初始波长保持一致，在长期监测过程中，灵敏度更强，测量也更为精确。
26.3.取用沥青混合料将光缆和光纤光栅传感器覆盖，用于避免路面摊铺时，光缆遭到碾压导致光缆失活或光信号出现衰减，进而延长了光纤光栅传感器的使用寿命。
附图说明
27.图1是根据本发明实施例所述的施工固定方法的流程图；
28.图2是根据本发明实施例所述的不同测点位置的高度处光纤光栅传感器、光缆、沥青防裂贴和槽口的结构示意图；
29.图3是根据本发明实施例所述的使用沥青防裂贴和未使用沥青防裂贴，光纤光栅传感器采集的数据变化示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
31.本发明提供了一种嵌入式光纤光栅传感器的施工固定方法，包括以下步骤：
32.s1：规划施工区域，确定施工区域内光纤光栅传感器的测点位置和布设路径。其
中，施工区域为承载量较大的道路区域。
33.s2：对上述道路区域进行施工。
34.由于道路区域构成为多段，需对多段道路区域分别布置光纤光栅传感器进行测量，其中对应于每一段道路区域的具体施工步骤为：
35.s21：利用铣刨机将路面铣刨至基层、并根据上述布设路径对路肩开设槽口。
36.s22：根据光纤光栅传感器所在测点位置的高度，在基层上铺设下层面或依次铺设下层面和中层面。
37.应当说明的是，传统在多段道路区域布置光纤光栅传感器时，其布设路径会穿过至少两段道路区域，若相邻两段道路区域之间的间隔较远，采用以上方式，会耗费较多成本，且安全性也不能得到保证。
38.在本发明具体实施例中，对间隔较远的两段道路区域分别施工，其中，布设路径从路肩的一个槽口引入，再从路肩的另一个槽口引出，可以节省大量成本，且布置方式更为灵活，安全性也更高，另外根据道路区域承载量的差异，选择光纤光栅传感器所在的测点位置高度，使得测量更为可靠。
39.s3：布置光纤光栅传感器和与光纤光栅传感器相连的光缆。具体包括：
40.s31：使用油漆笔在所确定的测点位置和布设路径上作标记。
41.s32：对应于上述标记，分别布置光纤光栅传感器和光缆，其中光缆沿布设路径穿过槽口、并与解调仪电连接。
42.在本发明具体实施例中，测点位置优选布置在中层面上，待中层面的温度下降至50℃-80℃之间时，将光纤光栅传感器和光缆分别对应于标记展开。
43.s4：采用防裂贴对光缆固定，且防裂贴沿布设路径分布。
44.应当说明的是，上述防裂贴优选为沥青防裂贴，其中沥青防裂贴一面为沥青材料层，其另一面为土工合成材料层，由于沥青材料层受热后能够很好的固定光缆，且具有粘结强度高的特点，如此以保证光纤光栅传感器和光缆位置的固定。
45.在本发明具体实施例中，由一人使用喷枪对沥青材料层加热，另一人将加热后的沥青材料层粘贴固定光缆，在粘贴过程中应保证光缆处于绷直状态，这样既防止了后期覆盖沥青混合料时，由于光缆弯折造成的光纤光栅传感器的损伤和破坏，又使得光纤光栅传感器初始波长保持一致，另外，沿光缆间隔粘贴沥青防裂贴时，间隔距离应根据实际对光缆的固定需求确定，其中沥青防裂贴的长度优选为20cm，宽度优选为10cm，该沥青防裂贴垂直于光缆粘贴。
46.s5：沿布设路径覆盖沥青混合料，且沥青混合料将光缆和光纤光栅传感器覆盖。
47.在本发明具体实施例中，由于在摊铺机在摊铺过程中，运料车轮胎与摊铺机履带可能对光缆进行碾压，为了避免出现裸露的光缆遭到碾压导致光缆失活或光信号出现衰减。因此摊铺之前可使用铁锹铲取沥青混合料将光缆和光纤光栅传感器全部覆盖，并用解调仪实时监测摊铺全过程中光纤光栅传感器的信号变化。
48.其中，解调仪通过有线或无线的方式将信号变化信息传送至监控终端，由监控终端控制报警终端报警。
49.s6：路面摊铺。
50.在本发明具体实施例中，根据光纤光栅传感器所在测点位置高度的差异，选择摊
铺机将沥青混合料摊铺在下层面或中层面上，然后采用压路机进行碾压，以形成上层面，其中测点位置高度为上层面的表面与光纤光栅传感器之间的距离。
51.s7：路面质量检验及验收。
52.在本发明具体实施例中，路面质量检验主要包括对路面渗水系数、摩擦系数和平整度性能的检验。
53.下面结合附图对本方案的以上实施例作进一步说明：
54.请参见图2，同一段道路区域，可能存在多个光纤光栅传感器且多个光纤光栅传感器所在测点位置的高度存在差异，其中多个光纤光栅传感器分别连接的光缆均从路肩的一个槽口引入，再从路肩的另一个槽口引出。
55.具体实施时，可先在基层上铺设下层面，在依次进行步骤s3、步骤s4和步骤s5，接着在下层面上铺设中层面，在依次进行步骤s3、步骤s4、步骤s5、步骤s6和步骤s7，以上实施方式用于在下层面和中层面均布置光纤光栅传感器。
56.请参见图3，对比相同轴载、相同温度、相同路面结构、相同测点位置高度以及相同沥青混合料，使用沥青防裂贴固定的光纤光栅传感器和未使用沥青防裂贴的传感器采集的数据，沥青防裂贴固定的传感器测得汽车经过波长变化，相比于未使用沥青防裂贴固定的传感器测得同一轴载下波长变化，其数据波峰波谷更为明显，即使用沥青防裂贴的传感器具有灵敏度高、准确性好等特点。
57.综上所述，本发明未对路面原本结构进行改变，因而不会对路面结构稳定性造成影响，采用沥青防裂贴固定光缆，使光缆始终保持拉直状态，既防止了后期覆盖沥青混合料时，由于光缆弯折造成的光纤光栅传感器的损伤和破坏，又使得光纤光栅传感器初始波长保持一致，保证了测量的准确性，而采用沥青热料对光纤光栅传感器和光缆全覆盖的方式，间接提高了光纤光栅传感器的存活率，以便光纤光栅传感器可以长期获取沥青路面的实时数据。
58.本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
59.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。