专利名称：一种测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，更具体地是一种测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器。
背景技术：
路面中超静孔隙水压力的破坏是导致路面结构水损坏的直接影响因素之一，目前其检测手段较为成熟的是电类传感器，电类传感器的压力敏感元件是压阻元件，是基于压阻效应工作的，大量工程实践表明，此类传感器存在着明显的缺陷，表现在精度不高，分辨率较低；作为该类传感器核心部分的电阻应变片的基本电阻值太低等原因，导致对电线及其电参数要求十分苛刻；由于电式测量原理上的限制，只能做到点式测量；由于采用的测量信号是电信号，绝缘要求高，造成传感器埋设困难，并且会受到电磁影响，无法耐高温、 防水、防潮、防雷电等。
实用新型内容实用新型解决的技术问题是提供一种测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器，该传感器能准确、无损地测量路面的超静孔隙水压力的变化情况。为解决上述技术问题，本实用新型一种测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器包括外壳盖子、底座、平膜片、应变光纤和温度光纤；外壳盖子与底座啮合，密封连接后在内部形成空腔；平膜片横向设置在空腔内，且平膜片的两端分别与外壳盖子与底座的连接端固定连接；底座的两端对称设有光纤引出孔，使得应变光纤与温度光纤分别从光纤引出孔引出；应变光纤上设有应变光栅，该应变光栅粘贴在平膜片的中央；温度光纤上设有温度光栅，该温度光栅位于应变光栅附近处于自由状态，且不完全脱离平膜片；外壳盖子的上表面上设有用于向空腔进水的孔洞。作为本实用新型的一种优选方案，孔洞的个数为9个；作为本实用新型的一种优选方案，外壳盖子和底座采用铝合金材料；作为本实用新型的一种优选方案，应变光纤和温度光纤用铠装线包裹；作为本实用新型的一种优选方案，底座与外壳盖子相连接的部位呈柱状，柱壁外侧对称设有螺纹，且螺纹处采用密封材料包裹；作为本实用新型的一种优选方案，平膜片为圆形，采用0. 1毫米不锈钢片材料。为此，本实用新型还提出了一种采用这种光纤传感器测量路面超静孔隙水压力的方法，包括以下几个步骤步骤一、将传感器进行初步处理，具体为将传感器两端光纤分别用光纤熔接机接长，用铁丝将其固定并在连接处用胶布包裹，同时在光纤端头处包裹记录纸，区分应变光纤还是温度光纤，并为其标号；步骤二、利用取芯机在道路基层钻孔，并处于道路行车道外边缘，再使用割槽机从钻孔向行车道外缘切割浅槽坑至土路肩，将两根钢管正好并排放进槽坑里，再往钻孔里铺设一层石子找平，最后将传感器置于孔内；步骤三、在钻孔周围铺一薄层热浙青，并用聚酯玻纤布铺在钻孔上方，使聚酯玻纤布与基层紧密粘贴；步骤四、在基层顶面埋设完传感器后，进行路面下面层的铺筑，之后利用取芯机在道路下面层钻孔，并处于道路行车道外边缘，再使用割槽机从钻孔向行车道外缘切割浅槽坑至土路肩，将两根钢管正好并排放进槽坑里，再往钻孔里铺设一层石子找平，最后将传感器置于孔内；步骤五、在钻孔周围铺一薄层热浙青，并用聚酯玻纤布铺在钻孔上方，使聚酯玻纤布与下面层紧密粘贴；步骤六、在路面下面层埋设传感器完毕后，进行路面中面层的铺筑，之后利用取芯机在道路中面层钻孔，并处于道路行车道外边缘，再使用割槽机从钻孔向行车道外缘切割浅槽坑至土路肩，将两根钢管正好并排放进槽坑里，再往钻孔里铺设一层石子找平，最后将传感器置于孔内；步骤七、在钻孔周围铺一薄层热浙青，并用聚酯玻纤布铺在钻孔上方，使聚酯玻纤布与中面层紧密粘贴；步骤八、在路面中面层埋设传感器完毕后，进行路面上面层的铺筑，之后利用取芯机在道路上面层钻孔，并处于道路行车道外边缘，再使用割槽机从钻孔向行车道外缘切割浅槽坑至土路肩，将两根钢管正好并排放进槽坑里，再往钻孔里铺设一层石子找平，最后将传感器置于孔内；步骤九、在上、中、下面层和基层的传感器都已铺设完毕后，利用光纤熔接机分别把每层的传感器进行串联，最后分别通过光纤连接插头接入解调仪的四个通道口 ；步骤十、一切准备工作完成后，对各个面层的钻孔进行灌水直至饱水状态，并用环氧树脂对每个钢管口进行封堵；然后，汽车轮胎荷载以不同的速度压过埋设的传感器上方， 通过解调仪记录各个层面不同传感器的数据，最后整理分析得出不同速度轮胎荷载情况下产生的动水压力的变化。本实用新型的有益效果是，可以在路面各个面层埋设传感器，通过热缩管串联，测量路面各面层及基层等的超静孔隙水压力，灵敏度高，响应速度快、动态范围大，线性度高， 结构简单。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步描述。
图1是本实用新型传感器的剖视图。图2是本实用新型传感器平膜片与光纤的局部放大图。图3是本实用新型传感器的俯视图。图4是本实用新型传感器的主视图。图中标号名称1.平膜片，2.外壳盖子，3.螺纹，4.光纤引出孔，5.底座，6.应变光栅，7.应变光纤，8.孔洞，9.空腔，10.温度光纤，11.温度光栅。
具体实施方式
[0028]如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型一种测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器包括外壳盖子2、底座5、平膜片1、应变光纤7和温度光纤10，底座5与外壳盖子2相连接的部位呈柱状，其柱壁外侧对称设有螺纹3，使得外壳盖子2与底座5啮合，密封连接后在内部形成空腔9 ；平膜片1横向设置在空腔9内，且平膜片1的两端分别与外壳盖子2与底座5的连接端固定连接；底座5的两端对称设有光纤引出孔4，使得应变光纤7与温度光纤 10分别从光纤引出孔4引出；应变光纤7上设有应变光栅6，应变光栅6粘贴在平膜片1的中央；温度光纤10上设有温度光栅11，温度光栅11位于应变光栅6附近处于自由状态，且不完全脱离平膜片1 ；外壳盖子2的上表面上设有用于向空腔9进水的孔洞8。在本具体实施方式
中，通过在路面的不同面层及基层等部位分别埋置传感器，通过串联传感器，在每个区域同时布置多个点，有效监测路面超静孔隙水压力，从而判断路面水损害的情况，具体步骤如下步骤一、制作加工5个光纤传感器，传感器两端光纤分别用光纤熔接机接长至 4. 5m,并用20cm长铁丝固定且连接处用胶布包裹，并在光纤端头处包裹记录纸，标签上此光纤是应变光纤还是温度光纤，并标号为Si、S2、S3、S4、S5 ；步骤二、在道路基层施工完毕后，利用取芯机在基层钻孔，测孔深10cm，直径 15cm,并处于道路行车道外边缘；为了防止高温浙青混合料熔化损伤光纤，使用割槽机从钻孔向行车道外缘切割浅槽坑至土路肩，把长細内径1. 5cm的两根钢管正好并排放进槽坑里，一根为进水通道，另一根为光纤延伸通道；往钻孔里铺设一层3cm左右直径的石子找平，传感器平稳放置在石子上并保持低于顶面Icm ；埋设时把传感器两端光纤分别都放入一根钢管延伸到外界，并在传感器上铺设一些Icm左右直径的石子直至顶面平行；步骤三、在钻孔周围1平方米铺一薄层热浙青，并用长宽各Im的聚酯玻纤布铺在钻孔上方，使聚酯玻纤布与基层紧密粘贴，防止上层铺筑浙青混合料时，浙青混合料进入钻孔；步骤四、在基层顶面埋设完传感器后，进行路面下面层的铺筑，之后利用取芯机在路面下面层钻孔，测孔深10cm，直径15cm，并处于道路行车道外边缘；为了防止高温浙青混合料熔化损伤光纤，使用割槽机从钻孔向行车道外缘切割浅槽坑至土路肩，把細长内径 1. 5cm的两根钢管正好并排放进槽坑里，一根为进水通道，另一根为光纤延伸通道；往钻孔里铺设一层3cm左右直径的石子找平，传感器平稳放置在石子上并保持低于顶面Icm ；埋设时把传感器两端光纤分别都放入一根钢管延伸到外界，并在传感器上铺设一些直径Icm左右的石子直至顶面平行；步骤五、在钻孔周围1平方米铺一薄层热浙青，并用长宽各Im的聚酯玻纤布铺在钻孔上方，使聚酯玻纤布与基层紧密粘贴，并防止上层铺筑浙青混合料时，浙青混合料进入钻孔；步骤六、在下面层埋设完传感器后，进行路面中面层的铺筑，之后利用取芯机在路面中面层钻孔，测孔深10cm，直径15cm，并处于道路行车道外边缘；为了防止高温浙青混合料熔化损伤光纤，使用割槽机从钻孔向行车道外缘切割浅槽坑至土路肩，把长細内径 1. 5cm的两根钢管正好并排放进槽坑里，一根为进水通道，另一根为光纤延伸通道；往钻孔里铺设一层3cm左右直径的石子找平，传感器平稳放置在石子上并保持低于顶面Icm ；埋设时把传感器两端光纤分别都放入一根钢管延伸到外界，并在传感器上铺设一些Icm左右直径的石子直至顶面平行；步骤七、在钻孔周围1平方米铺一薄层热浙青，并用长宽各Im的聚酯玻纤布铺在钻孔上方，使聚酯玻纤布与基层紧密粘贴，并防止上层铺筑浙青混合料时，浙青混合料进入钻孔；步骤八、在中面层埋设完传感器后，进行路面上面层的铺筑，之后利用取芯机在路面上面层并排相距Im钻两个孔，测孔深10cm，直径15cm，并处于道路行车道外边缘；为了防止高温浙青混合料熔化损伤光纤，使用割槽机从钻孔向行车道外缘切割浅槽坑至土路肩， 把长内径1. 5cm的两根钢管正好并排放进槽坑里，一根为进水通道，另一根为光纤延伸通道；往钻孔里铺设一层3cm左右直径的石子找平，传感器平稳放置在石子上并保持低于顶面Icm ；埋设时把传感器两端光纤分别都放入一根钢管延伸到外界，并在传感器上铺设一些Icm左右直径的石子直至顶面平行；步骤九、在上、中、下面层和基层的传感器都已铺设完毕后，利用光纤熔接机分别把每层的传感器进行串联，最后分别通过光纤连接插头接入解调仪的四个通道口 ；步骤十、一切准备工作完成后，对各个面层的钻孔进行灌水直至饱水状态，并用环氧树脂对每个钢管口进行封堵；然后，汽车轮胎荷载以不同的速度压过埋设的传感器上方， 通过解调仪记录各个层面不同传感器的数据，最后整理分析得出不同速度轮胎荷载情况下产生的动水压力的变化。由于平膜片上的光栅的波长位移要受应变及温度的双重影响，其值为A^=I1H-JT2M1,而自由状态下的光栅波长位移只受温度的影响，其值为
Me=JT2AT,由于两根光栅所处环境相同，故JT2值相等，所以光栅波长最终位移为
Aljr=Aa8t-Alje =JT1C, Mjn为测得应变光纤光栅的中心波长位移量,Mm为测得的温
度补偿光纤光栅的中心波长位移量，I1为应变敏感系数，K2为温度敏感系数，ε是光栅轴向应变AT是温度变化量。ι用本实用新型一种测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器，在路面各个面层埋设传感器，通过热缩管串联，测量路面各面层及基层等的超静孔隙水压力，灵敏度高，响应速度快、动态范围大，线性度高，结构简单。
权利要求1.一种测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器，其特征在于包括外壳盖子(2)、底座 (5)、平膜片(1)、应变光纤(7)和温度光纤(10)，其中所述外壳盖子(2)与底座(5)啮合，密封连接后在内部形成空腔(9)；所述平膜片(1)横向设置在空腔(9)内，且平膜片(1)的两端分别与外壳盖子(2)与底座(5)的连接端固定连接；所述底座(5)的两端对称设有光纤引出孔(4)，使得应变光纤(7)与温度光纤(10)分别从光纤引出孔(4)引出；所述应变光纤(7 )上设有应变光栅(6 )，应变光栅(6 )粘贴在平膜片(1)的中央；所述温度光纤(10 )上设有温度光栅(11)，温度光栅(11)位于应变光栅(6 )附近处于自由状态，且不完全脱离平膜片(1)；所述外壳盖子(2 )的上表面上设有用于向空腔(9 )进水的孔洞(8 )。
2.根据权利要求1所述的测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器，其特征在于，所述孔洞(8)的个数为9个。
3.根据权利要求1所述的测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器，其特征在于所述外壳盖子(2)和底座(5)采用铝合金材料。
4.根据权利要求1所述的测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器，其特征在于所述应变光纤(7)和温度光纤(10)用铠装线包裹。
5.根据权利要求1所述的测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器，其特征在于所述底座(5)与外壳盖子(2)相连接的部位呈柱状，在柱壁外侧对称设有螺纹(3)，且螺纹(3)处采用密封材料包裹。
6.根据权利要求1所述的测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器，其特征在于所述平膜片(1)为圆形，采用0.1毫米不锈钢片材料。
专利摘要本实用新型公开了一种测量路面超静孔隙水压力的光纤传感器，包括外壳盖子(2)、底座(5)、平膜片(1)、应变光纤(7)和温度光纤(10)，平膜片(1)横向设置在空腔(9)内，且平膜片(1)的两端分别与外壳盖子(2)与底座(5)的连接端固定连接，底座(5)的两端对称设有光纤引出孔(4)，使得应变光纤(7)与温度光纤(10)分别从光纤引出孔(4)引出，将光纤光栅和解调仪连接，通过检测应变光栅的波长漂移值和温度光栅的漂移值，扣除温度引起的漂移量得到超静孔隙水压力引起的波长位移，即超静孔隙水压力的变化。
文档编号G01L19/14GK202110025SQ201120103920
公开日2012年1月11日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者季天剑, 张春海, 盛余祥, 蒋泽民, 高俊启 申请人:南京航空航天大学, 日照市公路管理局工程处