基于光纤光栅传感技术的道路裂缝扩展监测

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1、QUALITYMEASUREMENTANDCONTROL文章编号：1000—033X(2016)03—010704基于光纤光栅传感技术的道路裂缝扩展监测裴建新(山西交通职业技术学院工程管理系，山西太原030031)摘要：针对沥青道路裂纹扩展的监测问题，通过自制的柔性FBG传感器对弯曲试验中沥青试件裂纹的扩展进行监测，并结合MTS试验分析该监测方法的可行性。结果表明，柔性FBG传感器对裂缝宽度具有很好的感知能力，裂缝宽度与波长具有很好的线性关系，温度对于光纤光栅波长变化的影响相对于裂缝宽度的影响非常有限。

2、关键词：沥青道路；裂纹扩展监测；线性关系；光纤光栅传感中图分类号：U416．06文献标志码：BMonitoringofCrackExtensionBasedonFiberBraggGratingStrainSensorPEIJian—xin(DepartmentofEngineeringManagement，ShanxiTrafficVocationalandTechnicalCollege，Taiyuan030031，Shanxi，China)Abstract：Aimedatthemonitoring

3、ofcrackextensiononasphaltpavement，homemadeflexiblefiberBragggratingstrainsensorwasappliedtomonitortheextensionofcracksonasphaltspecimenduringbendingtest．ThefeasibilityofthemonitoringapproachwasanalyzedincombinationwiththetestresultsofMTS．Itshowsthatthefl

4、exibleFBGsensoriSgoodatperceivingthewidthofcracks，whichshowslinearrelationwiththewavelengthoffiberBragggrating；theimpactoftemperatureonthewavelengthisfarlessthanthatonthewidthofcracks．Keywords：asphaltroad；crackextensionmonitoring；flexibleFBG；fiberBragggr

5、ating0引言1柔性FBG传感器的制作方法及试验方案随着沥青路面在高速公路建设中的普及，沥青路面的病害也日益显现。调查显示，路面裂缝是沥1．1制作方法青路面最主要的病害之一，其不但会影响行车的舒目前较成熟的布拉格光纤光栅(FBG)传感器主适性，更会产生其他的次生病害，降低路面的使用寿要以刚性封装为主，而刚性封装对于路面结构的影命。而引起沥青路面裂缝的因素有很多，如交通量、响较大。为了使传感器对裂缝扩展影响最小，本文环境、结构、施工工艺、材料组成、沥青膜厚度等。制作了柔性FBG传感器，制作流程如图1所示

6、。作为评价沥青路面抗裂能力的重要手段之一，(1)定制裸光栅。裸光栅为未添加保护层的沥青混合料的三点弯曲试验被研究者们广泛的应FBG光栅，由深圳思科光电科技有限公司定制，其用。但是针对弯曲试验中裂纹扩展的动态变化目前具体参数如表1所示。尚没有较好的监测方法。针对这一点的不足，本文(2)制作保护层。保护层的主要作用在于改善创新性地引入光纤光栅传感技术，通过自制的柔性传感器的抗拉性能，使抗拉强度满足试验的要求。FBG传感器对弯曲试验中裂纹的扩展进行监测，并保护层选用PET材料和纵向分布的铜丝制成，如结合MTS

7、试验分析该监测方法的可行性口。]。图2所示。收稿日期：2015-10—10107QUALITYMEASUREMENTANDCONTROL54855波长随时间的变化速率为2．325×10D_Yn·min-。；目u，半鲻0d]54850对于裸光栅而言，在自然降温的240rain5之5内5，波5长555555555554444454845O00OO999998642O8642O从1550．654nm降低到1549．184nlTt，变化速率为548406．125×10nm·rain一。综上而言，若取波长随温童5

8、4835548．30度的变化速率作为温度敏感性的判断标准，则自制柔54825性FBG传感器的温度敏感性为裸光栅的37．96。5482054815这是由于自制柔性FBG传感器在裸光栅表面覆盖了548lOPET和铜丝组成的加强层以及表面的防水层，而19PET和防水层都为温度不敏感材料，故相对于裸光图10温度变化采集曲线栅而言，其对于温度的敏感性较低_7]。O204060踟lo0l_2U140l6(Jl∞2【J(】220240260280时IN／