專利名稱：瀝青路面用光纖光柵應變傳感器的標定方法
技術領域：
本發明涉及一種瀝青路面用傳感器的標定方法，具體涉及一種瀝青路面用 光纖光柵應變傳感器的標定方法。
背景技術：
目前，我國沒有標準的瀝青路面用光纖光柵應變傳感器標定方法，可査文 獻中的兩種方法如下 一是進行室內傳感器自身的標定，主要的做法是直接施 加壓力或拉力于傳感器，以外界高精度位移計測得位移所計算的應變作為標 準，修正傳感器測得數據；另外一種方法是將傳感器植入環氧樹脂或瀝青混合 料梁中，逐級施加靜態位移荷載，得到傳感器的實測應變；基于小變形純彈性 梁的假設,根據撓度和梁幾何尺寸計算得到理論應變，以此作為標準應變修正 實測應變。上述標定方法存在的問題如下l.傳感器自身標定方法中沒有考慮 后續使用中傳感器自身的存在對被測瀝青路面材料應變的影響；2.實際瀝青路 面的荷載是動態的，靜態標定方法無法與實際情況對應；3.瀝青混合料本身是 一種粘彈性材料，基于彈性假設得到的應變無法作為標準應變；4.現有方法沒 有考慮到被測材料與植入傳感器的交互作用。
發明內容
本發明為了解決現有的瀝青路面用傳感器標定方法沒有考慮傳感器自身 的存在對被測瀝青路面材料應變的影響、致使修正后的數值無法反應實際應變 的動態本質、被測材料的粘彈特性問題，進而提供了一種瀝青路面用光纖光柵應變傳感器的標定方法。
本發明解決上述技術問題采用的技術方案是本發明所述的瀝青路面用光 纖光柵應變傳感器的標定方法的具體過程為
步驟一、光纖光柵應變傳感器的植入與瀝青混合料成型將光纖光柵應變 傳感器植入裝有瀝青混合料的成型模具內形成圓柱體試件；壓實成型模具內的 瀝青混合料使其真實模擬待測的瀝青路面；
步驟二、外接高精度位移計的安裝圓柱體試件的側壁上均布刻有與高精 度位移計數量一致洞口 ，將多個高精度位移計均布一一安裝在所述洞口內；
步驟三、光纖光柵應變傳感器實測數據的采集采用連續的正弦波荷載對 圓柱體試件施加動態荷載并控制荷載的幅值；通過與光纖光柵應變傳感器連接 的光柵解調儀，在加載的同時記錄相應的傳感器數據；
步驟四、高精度位移計的測得數據的采集，將多個高精度位移計連接線連 接于數據采集設備上，在加載的同時記錄相應的位移數據；
步驟五、試驗條件的選擇上述試驗選擇與瀝青混合料動態模量相同的試 驗條件，即在5個溫度下進行，分別為4°C 、 15 °C 、 25 °C 、 40 。C和55 。C，在每一個溫度下，又采用7個不同加載頻率25Hz 、 20Hz 、 10Hz 、 5Hz 、 1Hz 、 0.5Hz和O. 1Hz進行分別測定；試驗時間為相應頻率下20個周期荷載 時間；
步驟六、光纖光柵應變傳感器數據的標定-
a.固定溫度單一頻率下的數據標定，以最后10個周期的傳感器與位移計 數據序列為基準進行標定；通過高精度位移計、光纖光柵應變傳感器得到的兩 組數組分別為x,.(hl,2,3,…，"—1，")， ^(/ = 1，2，3廣',"—1，")，其中"-H)y;//2，y;為采樣頻率，/2為加載頻率；高精度應變計數據除以試件高度得到基準應變
數據序列z, = A /i/(/ = 1,2,3,…，"-，通過調整比例系數使得傳感器數據數列 與高精度位移計數據序列均方差滿足設定要求/ A^^jlt[^)-y'W〗2《[C]，得
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到該溫度及頻率條件下的修正系數 ，以此類推，得到該溫度不同頻率下的
修正系數序列 0、1,2,3…7)，分別對應25Hz 、 20Hz 、 10Hz 、 5Hz 、 1Hz 、 0. 5Hz和0. 1Hz 7個不同加載頻率；
b.將所述的修正系數 乘以相應的A就得到反應待測路面結構的真實受 力狀態修正后的測量值。
本發明具有以下有益效果本發明利用瀝青混合料圓柱體試件單軸壓縮模
式下受力簡單的特點，將傳感器植入該圓柱體試件中，通過外界高精度位移傳 感器數據計算得到的應變修正植入的光纖光柵應變傳感器的采集數據。本發明 方法避免了過去傳感器標定方法中沒有考慮傳感器自身的存在對被測瀝青路 面材料應變的影響、實際應變的動態本質、被測材料的粘彈特性問題等不足。
如圖2所示，圖2表明用本法修后的光纖光柵應變傳感器數值與高精度位移計 數值完全一致。
圖1是光纖光柵應變傳感器植入的實驗示意照片，圖2是傳感器數據修正 后的數值轉化移位值與高精度位移計的測得數據進行對比圖(橫坐標為時間， 單位為秒；縱坐標為位移值，單位為imn;實線表示修正后的光纖光柵應變傳感 器測量值，黑點表示高精度位移計測得的移位值)。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖1，本實施方式所述的瀝青路面用光纖光柵應變傳感器的標定方法的具體過程為
步驟一、光纖光柵應變傳感器的植入與瀝青混合料成型將光纖光柵應變 傳感器植入裝有瀝青混合料的成型模具內形成圓柱體試件；壓實成型模具內的 瀝青混合料使其真實模擬待測的瀝青路面；
步驟二、外接高精度位移計的安裝圓柱體試件的側壁上均布刻有與高精 度位移計數量一致洞口 ，將多個高精度位移計均布一一安裝在所述洞口內；
步驟三、光纖光柵應變傳感器實測數據的采集采用連續的正弦波荷載對 圓柱體試件施加動態荷載并控制荷載的幅值；通過與光纖光柵應變傳感器連接 的光柵解調儀，在加載的同時記錄相應的傳感器數據；
步驟四、高精度位移計的測得數據的采集，將多個高精度位移計連接線連 接于數據采集設備上，在加載的同時記錄相應的位移數據；
步驟五、試驗條件的選擇上述試驗選擇與瀝青混合料動態模量相同的試 驗條件，即在5個溫度下進行，分別為4t 、 15 °C 、 25 °C 、 40 °C和55 。C，在每一個溫度下，又采用7個不同加載頻率25Hz 、 20Hz 、 10Hz 、 5Hz 、 1Hz 、 0.5Hz和O. 1Hz進行分別測定；試驗時間為相應頻率下20個周期荷載 時間；
步驟六、光纖光柵應變傳感器數據的標定-
a.固定溫度單一頻率下的數據標定，以最后10個周期的傳感器與位移計 數據序列為基準進行標定；通過高精度位移計、光纖光柵應變傳感器得到的兩 組數組分別為x力、l,2,3,…，"—1,")， x々l，2,3，…，"-l，")，其中 =10/;//2，
/為采樣頻率，/2為加載頻率；高精度應變計數據除以試件高度得到基準應變 數據序列4 = 、 / V(/ = 1,2,3,…,"-1,")，通過調整比例系數使得傳感器數據數列與高精度位移計數據序列均方差滿足設定要求i M^^/丄玄[z刺-;^)]2《K1，得
到該溫度及頻率條件下的修正系數 ，以此類推，得到該溫度不同頻率下的
修正系數序列 C/",2,3…7)，分別對應25Hz 、 20Hz 、 10Hz 、 5Hz 、 1Hz 、
0. 5Hz和0.1Hz 7個不同加載頻率；
b.將所述的修正系數 乘以相應的乂就得到反應待測路面結構的真實受 力狀態修正后的測量值。
具體實施方式
二本實施方式所述外接高精度位移計的數量為三個或四 個;所述三個或四個高精度位移計測得值的平均值作為試驗結果值。如此設置， 增強了整體試件位移測量的準確性。其它步驟與具體實施方式
一相同。
實施例
步驟一、傳感器的植入與成型-
a. 成型模具的制作，將旋轉壓實儀模筒的側壁切出5mm寬、lOOmm深的凹 槽，并將凹槽各側壁磨光，防止尖銳部分損傷傳感器接線。
b. 傳感器定位器的制作，采用聚丙烯制成的內徑4腿、外徑12mm、高10mm 的環形卡箍，在卡箍的外徑方向均勻分布3個聚丙烯支腳(直徑為5mm，長為 60mra),支腳與卡箍通過螺紋及J39膠連接在一起。
c. 混合料松鋪系數的確定，按高150mm、直徑100mm圓柱體，設計空隙率 計算試件成型所需的瀝青混合料用量，加熱拌合后裝入模筒內測量松散狀態下 混合料高度，以此確定該類型混合料的松鋪系數。
d. 混合料的添加，將加熱拌合好的混合料逐漸裝入旋轉壓實儀模筒內，根 據混合料松鋪系數確定傳感器定位器高度，以此固定傳感器在圓柱體試件中的 位置。將傳感器連接線從切好的凹槽處引出；e.混合料的成型，將裝填后混合料的模筒放入旋轉壓實儀中，設置旋轉壓 實模式為"高度控制"為150mm，而后成型試件。 步驟二、外接高精度位移計的安裝-
a. 混合料試件表面的處理，以試件軸線為基準，以120。為間隔，在混合 料試件外徑方向確定三條線，在每條外徑上分別距頂部、底部確定兩個點，而 后采用電鉆刻洞。
b. 位移計固定頭的安裝，采用J39膠將位移計固定頭粘結在試件表面的刻 洞上，放置4個小時。
c. 位移計的安裝，以前面安裝好的固定頭為固定點，安裝上位移計；
步驟三、傳感器實測數據的采集
a. 動態荷載的施加，在MTS試驗機進行無側限動態壓縮試驗，采用連續的 正弦波荷載，荷載的幅值通過控制軸向應變125 y m以下，確保瀝青混合料處于 線性范圍內來調節。
b. 光纖光柵應變傳感器數據采集，將光纖光柵連接線連接于光柵解調儀 SI-425，在加載的同時記錄相應的傳感器數據。
c. 位移計數據的采集，將三個位移計連接線連接于數據采集設備上，在加 載的同時記錄相應的位移數據。
d. 試驗條件的選擇，選擇與瀝青混合料動態模量相同的試驗條件，即在5 個溫度下進行，分別為4°C 、 15 °C 、 25 °C 、 40 。C和55°C，在每一個溫 度下，又采用7個不同頻率(25Hz 、 20Hz 、 10Hz 、 5Hz 、 1Hz 、 0.5Hz 、 0.1Hz )分別測定。試驗時間為相應頻率下20個周期荷載時間。
步驟四、光纖光柵應變傳感器數據的標定a. 固定溫度單一頻率下的數據標定，以最后10個周期的傳感器與位移計
數據序列為基準進行標定(分別為x,("l,2，3，…，"-1,")， y力'-l,2，3，…，"-1,")，其中
n=ioy;//2， 乂為采樣頻率，/2為加載頻率)。高精度應變計數據除以試件高度
得到基準應變數據序列(即z, = V150(/ = l,2,3,..，"-l,"))，通過調整比例系數使得
傳感器數據數列與高精度位移計數據序列均方差滿足設定要求(即 麗五、/丄&(,)-乂(,)n])，此時得到該溫度及頻率條件下的修正系數^，以
和3
此類推，得到該溫度不同頻率下的修正系數序列^"，2，3…7)(分別對應25Hz 、 20Hz 、 10Hz 、 5Hz 、 1Hz 、 0. 5Hz 、 0. 1Hz);
b. 單一溫度下的數據標定，以修正系數為y軸，以時間(頻率倒數)的對 數作為x軸，通過數據擬合得到該溫度下的修正曲線；
c. 全溫度范圍內的數據標定，采用上面相同的方法即可得到不同溫度下的 修正曲線，可以作為現場實測數據修正的標準。
權利要求
1.一種瀝青路面用光纖光柵應變傳感器的標定方法，其特征在于所述方法的具體過程為步驟一、光纖光柵應變傳感器的植入與瀝青混合料成型將光纖光柵應變傳感器植入裝有瀝青混合料的成型模具內形成圓柱體試件；壓實成型模具內的瀝青混合料使其真實模擬待測的瀝青路面；步驟二、外接高精度位移計的安裝圓柱體試件的側壁上均布刻有與高精度位移計數量一致洞口，將多個高精度位移計均布一一安裝在所述洞口內；步驟三、光纖光柵應變傳感器實測數據的采集采用連續的正弦波荷載對圓柱體試件施加動態荷載并控制荷載的幅值；通過與光纖光柵應變傳感器連接的光柵解調儀，在加載的同時記錄相應的傳感器數據；步驟四、高精度位移計的測得數據的采集，將多個高精度位移計連接線連接于數據采集設備上，在加載的同時記錄相應的位移數據；步驟五、試驗條件的選擇上述試驗選擇與瀝青混合料動態模量相同的試驗條件，即在5個溫度下進行，分別為4℃、15℃、25℃、40℃和55℃，在每一個溫度下，又采用7個不同加載頻率25Hz、20Hz、10Hz、5Hz、1Hz、0.5Hz和0.1Hz進行分別測定；試驗時間為相應頻率下20個周期荷載時間；步驟六、光纖光柵應變傳感器數據的標定a.固定溫度單一頻率下的數據標定，以最后10個周期的傳感器與位移計數據序列為基準進行標定；通過高精度位移計、光纖光柵應變傳感器得到的兩組數組分別為xi(i＝1，2，3，…，n-1，n)，yi(i＝1，2，3，…，n-1，n)，其中n＝10f1/f2，f1為采樣頻率，f2為加載頻率；高精度應變計數據除以試件高度得到基準應變數據序列zi＝xi/H(i＝1，2，3，…，n-1，n)，通過調整比例系數使得傳感器數據數列與高精度位移計數據序列均方差滿足設定要求<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>RMSE</mi><mo>=</mo><msqrt> <mfrac><mn>1</mn><mi>n</mi> </mfrac> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mi>n</mi> </munderover> <msup><mrow> <mo>[</mo> <msub><mi>z</mi><mi>i</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub><mi>y</mi><mi>i</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>]</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt><mo>≤</mo><mo>[</mo><mi>ζ</mi><mo>]</mo><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100723840003C1.tif" wi="57" he="10" top= "52" left = "123" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>得到該溫度及頻率條件下的修正系數rij，以此類推，得到該溫度不同頻率下的修正系數序列rij(j＝1，2，3…7)，分別對應25Hz、20Hz、10Hz、5Hz、1Hz、0.5Hz和0.1Hz 7個不同加載頻率；b.將所述的修正系數rij乘以相應的yi就得到反應待測路面結構的真實受力狀態修正后的測量值。
2.根據權利要求1所述的瀝青路面用光纖光柵應變傳感器的標定方法， 其特征在于所述外接高精度位移計的數量為三個或四個；所述三個或四個高 精度位^T計測得值的平均值作為試驗結果值。
全文摘要
瀝青路面用光纖光柵應變傳感器的標定方法，它涉及一種傳感器的標定方法。本發明解決了現有的瀝青路面用傳感器標定方法沒有考慮傳感器自身的存在對被測瀝青路面材料應變的影響、致使修正后的數值無法反應實際應變的動態本質、被測材料的粘彈特性問題。本方法的主要步驟為光纖光柵應變傳感器的植入與瀝青混合料成型、外接高精度位移計的安裝、光纖光柵應變傳感器實測數據的采集、高精度位移計的測得數據的采集、光纖光柵應變傳感器數據的標定。本發明的優點在于將傳感器植入圓柱體試件中，通過外界高精度位移傳感器數據計算得到的應變修正植入的光纖光柵應變傳感器的采集數據。
文檔編號G01B11/16GK101586945SQ20091007238
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月26日 優先權日2009年6月26日
發明者浩 柳, 倫 紀, 董澤蛟, 譚憶秋 申請人:哈爾濱工業大學