1.公路健康监测必要性

　　交通是与人们息息有关的事件，同样也是造约城市发展的重要成分，能够说交通的曲直能够直接决定一个城市的发展命运
。每年国度都要投入大量资金用在公路构筑以及守护上，其中守护用度占据了很大一部门
。即就是这样，每年依然有大量公路遭到粉碎，公路的早期败坏已成为影响高速公路使用职能的阐扬和诱发交通变乱的一大病害
。，而粉碎通常都是由于汽车超载，超速以及天然原因引起的，并且也和公路构筑的质量有很大关系
。所以在公路施工过程以及使用过程中进行健康检测是极度有必要的
。

　　此刻的公路通常分三层进行施工，分为底基层、通常层和沥青层，在施工过程中埋入温度以及应变传感器能够实时得到温度以及应变的变动情况，对公路质量进行实时监控
。具体相识施工资料的特点以及影响施工质量的成分
。

　　2.传感器设计规划

　　由于公路施工过程中前提比力恶劣，重要问题有以下几点：

　　1.在沥青层铺设过程中温度可达160℃
。

　　2.在施工过程中，每层受到的压力达20t以上
。

　　3.由于沥青层随着环境温度变动，其强度变动显著
。传感器必要能真实反映沥青层应变
。所以传感器在埋入过程中的成活率是最关键的问题
。

　　首先为相识决高温的问题，传感器自身选取不锈钢资料封装，尾纤选取抗高温铠装光缆
。为了使传感器在强压力下依然能持续工作，并且和沥青层比力好的共同，能真实反映沥青层挠度，我们在设计传感器表形的时辰选取的步骤是增长沥青层与传感器的接触面积
。我们对传感器的封装设计提出两种规划：

　　2.1H形FBGS-H沥青计

　　装配图与实物图如下：

　　2.2圆型FBGS-O沥青计

　　装配图与实物图如下：

　　2.3应变推算公式

　　两应变传感器的波长变动与应变关系式：

　　工字型：

　　如图5所示，设钢板长度：

　　(1)AB=弧AEB=L=0.2m

　　变形后高度变动：

　　(2)△H=EF

　　半径：R=OA

　　3毫米厚工字板表表的应变：

　　(3)ε=y/R=8△H y/L2

　　(4)△λB=21△T+u*△H

　　y=1.5mmL=200mm△H为压下量即被测物的挠度 △λB 为波长变动，单元取pm
。

　　ε为应变量△T为温度变动量u为传感器压变系数实测值为u=1.11pm/μm

　　注：以上所推算的应变ε为传感器自身的上表表应变值，传感器钢板厚度为3mm，长度为200mm，并不代表路面的真实应变
。

　　圆盘式：

　　(5)△λB=21.T+△ε*u

　　△λB为波长，△ε为应变量，△T为温度变动量，u为传感器应变系数，尝试中的样品u = 1.2pm/με
。

　　注：此步骤推算的应变值，仍为传感器自身的应变值
。

　　2.4传感器标定拟合曲线

　　从拟合曲线能够看出梁传感器都拥有极度好的线性,其R值均达到99.9%以上
。

　　3.现场测试

　　我们于2005年3月与国内某交通钻研所发展合作，对这两种应变传感器进行现场测试，测试地址为浙江某工路施工现场
。

　　3.1传感器布线规划

　　光纤光栅传感器选取串联衔接方式，一旦中央的连线出现问题，后面的传感器的信号也将无法返回
。所以在传感器埋入之前必要造订一个埋入成活率高的规划
。我们在这次施工当选取的埋入规划为：

　　此规划中，每两个传感器一组，两端各引出一条光缆，而后通过路面接线盒在将每组传感器串联，将信号输入解调仪
。

　　上述规划经施工验证，埋入的所有传感器的成活率为100%
。

　　3.2测试仪器

　　FBG-3000高速解调仪一台

　　笔记本电脑一台

　　3.3FBGS-H与FBGS-O传感器测试曲线

　　以下是傍边型货车在路面碾过期两种传感器的测试曲线

　　从图9能够显著看出公路共经过四次碾压
。

　　为了对两种传感器的响应进行更具体的比力，下面我们将测试曲线进行放大分析
。

　　对以上图形进行分析，发现两个传感器的测试曲线都拥有显著的法规性，且变动法规一致
。但是将两种传感器的数值进行比力发现，FBGS-O传感器的响应比力弱
。原因是圆形的传感器封装与沥青层的刚度相差很远，固然埋入到沥青层内，但并没有与沥青层融为一体，不能实现公路监测的量化分析
。而选取FBGS-H 的封装大局，传感器两端的结构能够使沥青层和传感器自身比力好的结合，使测得的数据越发靠近公路的现实情况
。为了进一步验证FBGS-H传感器设计规划的可行性，我们又造作沥青梁，将传感器埋入进行了屡次试验，具体尝试过程及照片见附件(略)
。

　　4.总结

　　此刻公路健康监测越来越得到器沉
。由于公路施工现场前提恶劣，对传感器自身要求极度高，在传感器设计，装置以及使用中我们既堆集了经验，也遇到了好多难题，有不少教训，同时也看到了光纤光栅传感器在公路健康监测方面美好的利用远景
。我们将不休的进取和提高，将该系统进一步美满
。

　　5.未来瞻望

　　在城市交通枢纽以及高速公路监测点埋入传感器，组建公路监测系统，统一监控
。在数据处置方面进行钻研，除了能监测公路健康情况，还可实现车流量统计，对公路上超速超载情况进行监测等职能
。

　　6.感激

　　感激在传感器设计中国度交通院给我们提出的贵重定见，以及在测试过程中给我们大力支持的中科院力学所
。