一种沥青路面内部温度-振动双参复合传感系统的制作方法

一种沥青路面内部温度
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振动双参复合传感系统
技术领域
1.本实用新型属于道路试验设备技术领域，具体是涉及一种沥青路面内部温度
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振动双参复合传感系统。


背景技术：

2.温度、振动是工程领域中非常重要的参量，往往反应了某部位的工作运行状态，以便于工程人员对其进行了解和调控，这对建设、养护，延长工程结构的使用寿命有着重要的意义。
3.光纤光栅传感器(fbg)相比于传统的检测仪器具有稳定性好、结构简单、精度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、体积小等优点。但光纤光栅元件灵敏度高，得到的信号往往是多个环境参量耦合作用的结果，有学者通过改进光纤光栅封装，可以使元件只受到单一参量的作用，还有学者通过长周期光纤光栅排除温度影响，还有的研究通过重结晶块涂覆fbg传感器，改进信号处理方法、利用双芯光纤光栅等等同时测量两个甚至多个变量。但这些方法存在误差难以控制，操作繁琐等问题。
4.现有常见光纤光栅传感器主要以单参量测量为主，复合型传感器研究较少，且对于光纤振动传感器，大部分传感器带有较大质量块，或具有较低的谐振频率，不利于其在沥青路面的应用。
5.对于沥青路面，建立内部温度信息长期监测系统，对道路后期运营养护具有重要意义，路面内的振动信号也可以很好反映路面的状态，有学者的研究表明振动压实时混合料内部的动态响应能直接反映混合料的压实度，同时可用于交通量、交通荷载以及病害的监测。应用于沥青路面时，考虑到传感器存活率和工作可靠性问题，往往对传感器的封装有很高的要求。


技术实现要素：

6.发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本实用新型提供一种沥青路面内部温度
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振动双参复合传感系统，以解决现有光纤光栅传感器无法实现高精度、高成活率、低造价、布设方法简单，对沥青路面结构定点进行温度和振动信号监测的问题。
7.技术方案：一种沥青路面内部温度
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振动双参复合传感系统，包括光源发生器、计算机和封装壳体，其特征在于：还包括两根裸光纤、光纤光栅解调仪及设置在所述封装壳体内的温度传感探头和振动信号传感结构，所述振动信号传感结构包括圆柱形底座、外圆环、传感光纤以及左、右l型悬挑梁，所述圆柱形底座和外圆环之间沿周向连接有一组阻尼弹簧棒，所述左、右l型悬挑梁固定安装于圆柱形底座上且相互之间留有间距，所述的传感光纤，刻有光纤光栅的一端粘贴在左、右l型悬挑梁上，另一端伸出封装壳体；所述的温度传感探头包括毛细钢管、传感光纤、螺纹接头，所述的传感光纤，刻有光纤光栅的一端粘贴在毛细钢管内表面，另一端伸出封装壳体；传感光纤伸出壳体后与光源发生器相连；所述光纤光栅解调仪与所述计算机通过usb建立通讯连接；所述两根裸光纤的一端接入光源发生器，另一
端接入光纤光栅解调仪。
8.本实用新型进一步限定的技术方案为：所述两根传感光纤伸出封装壳体的传输段采用双光纤集成套管封装。
9.优选的，所述封装壳体为3d打印一次成型结构，所述封装壳体的上表面留有温度传感器探头凸出预留孔。
10.优选的，所述封装壳体外部设有隔热薄膜。
11.优选的，所述隔热薄膜外部设有无胶化封装。
12.优选的，所述温度传感探头和振动信号传感结构，通过酚醛树脂胶与封装壳体粘结。
13.优选的，所述的双光纤集成套管为v型槽弹性接续套管。
14.有益效果：与现有技术相比，本实用新型所具有以下优点：
15.1.传感器布设方便，封装后体积小、模量适中、成活率高、耐久性好，不影响路面正常施工；
16.2.制作简单，温度、振动传感互不影响，取消质量块，适用于高冲击力的振动传感，信号处理方法简单、误差小；
17.3.收集传感器附近一定区域的垂直方向的振动，过滤路面内部其他方向的振动，更适用于通过振动加速度分析路面压实度，判断路面病害。
附图说明
18.图1为本实用新型传感系统构成示意图；
19.图2为振动信号传感结构的示意图；
20.其中：1
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光源发生器；2
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双光纤集成套管；3
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传感光纤；4
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封装壳体；5
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隔热薄膜；6
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无胶化封装；7
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温度传感探头；8
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振动信号传感结构；9
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裸光纤；10
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光纤光栅解调仪；11
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计算机分析系统；12
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光纤光栅；13
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l型悬挑梁；14
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底座；15
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阻尼弹簧棒；16
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外圆环。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型。
22.如图1
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2所示，本实施例提供一种沥青路面内部温度
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振动双参复合传感系统，包括无胶化封装6、隔热薄膜5、封装壳体4、温度传感探头7、振动信号传感结构8、双光纤集成套管2、光源发生器1、光纤光栅解调仪10和计算机分析系统11、裸光纤9。温度传感探头7主要包括传感光纤3、毛细钢管、螺纹接头，光纤光栅通过酚醛树脂胶粘贴在毛细钢管内壁，螺纹接头封闭钢管两端；振动信号传感结构8主要包括底座14、左、右l型悬挑梁13、阻尼弹簧棒15以及外圆环16；悬挑梁通过拼接固定在底座上，并使用酚醛树脂胶加固拼接处；传感光纤一端刻有光纤光栅12，先做预张拉处理后，使用酚醛树脂胶粘贴在悬挑梁上，使光纤光栅12位于左、右l型悬挑梁13中间；底座四周水平方向加装八根阻尼弹簧棒15，通过螺纹连接的方式，一端连接底座14，一端连接外圆环16，过滤其他方向振动。
23.作为优选，集成的传感元件封装壳体使用耐高温、高抗冲热塑性聚合物材料丙烯腈
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丁二烯
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苯乙烯共聚物，简称abs，优点在于易于加工成型，强度足够，可以很好模拟集料的形状和模量，在壳体外采用三层镀铝聚酰亚胺薄膜作为隔热薄膜5，最后用乳化沥青进行
无胶化封装。
24.作为优选，为了温度传感的准确性，温度传感元件的细钢管需要凸出壳体表面5mm，不被隔热薄膜覆盖，直接与乳化沥青接触。
25.作为优选，在双l型悬挑结构的底座四周，水平方向加装八根阻尼弹簧棒，固定于传感器外侧圆环上自作为横向缓冲结构，在传感器工作时，保证双l型悬挑结构只受垂直方向的振动影响。双l型悬挑梁结构是振动传感的核心结构，外部振动作用使两侧悬挑梁悬挑部位产生垂直方向位移，进而引起光栅轴向应变，悬挑梁材料采用聚酰胺56，简称pa56，该材料具有良好的弹性且相比于其他脂肪族聚酰胺，有更低的热膨胀系数，受温度影响极小。
26.本实施例将温度传感元件和振动信号传感结构集成在abs制作的外壳中，各自的传感光纤的传输段伸出外壳，一起进入双光纤集成套管，套管起到对光纤的保护作用，末端连接到光源发生器。
27.在实际的使用场景中，通过乳化沥青在abs外壳进行第二次无胶化封装，乳化沥青是一种在常温条件下就可以与石料搅拌使用的沥青，常温下封装降低了对内部封装和传感元件的影响，乳化沥青封装的目的是埋入路面后使整个传感器更好地与沥青混合料粘结，解决传感器与沥青混合料协同变形问题，保护外壳和隔热薄膜的同时，相比传统高分子粘结剂具有更好的耐久性能。在沥青路面摊铺时，将其埋入路面。
28.本实用新型的使用方法：
29.将本装置布设在被测沥青面层底部，在沥青路面摊铺时，利用切割机，留出安放集成传感装置以及双光纤集成套管的位置，将其埋入路面待测位置，放置时确保振动信号传感结构的中轴线处于垂直方向，双光纤集成套管引至道路结构外测试点。用拌好的ac
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5沥青混合料填充在封装壳体以及双光纤集成套管周围。
30.工作时，光源发生器中的激光器发出稳定的光信号，通过双光纤集成套管中的两条独立的传感光纤进行传输，分别到达封装壳体内的温度传感探头和振动信号传感结构；温度传感探头受到外界温度因素影响，由于热胀冷缩和热光效应，反射光的光栅周期和纤芯折射率会发生变化；振动信号传感结构受到外界振动激励时，悬挑梁也发生振动，光纤光栅产生轴向应变，引起反射光的中心波长偏移；发生改变的反射光各自通过传感光纤被重新传输到光源发生器，光源发生器中的耦合器将反射光分别通过两条裸光纤传输到光纤光栅解调仪上，得到两束独立光信号的各项参数变化，利用计算机分析系统转换为温度和振动加速度信号。
31.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。整个传感系统放置固定后即可进行光纤光栅温度以及振动加速度测量，碾压期间实时监测到的温度和路面内振动加速度可以有效反应路面压实度。路面使用期间，通过路面内温度和振动的实时监测，可以有效预见路面病害的发生。
32.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。