本技術(shù)屬于土木工程智能材料領(lǐng)域，特別涉及一種基于光纖光柵傳感的智能纖維經(jīng)編格柵。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)高速公路的建設(shè)發(fā)展迅速，與一般公路相比，高速公路中路基的穩(wěn)定性對(duì)其使用壽命的影響至關(guān)重要。需要嚴(yán)格控制路基的不均勻沉降，尤其是軟土路基的含水量高、壓縮性大、強(qiáng)度低和透水性差，將引起路基發(fā)生較大的變形，導(dǎo)致承載力急劇下降，路基發(fā)生明顯的沉降。這不僅影響行車(chē)速度，也容易造成“橋頭跳車(chē)”，嚴(yán)重的甚至引起交通事故。路基的變形是高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需要重視的問(wèn)題，在路基中鋪設(shè)增強(qiáng)材料進(jìn)行加筋，可有效減少路面的沉降、提高軟土路基的穩(wěn)定性。纖維經(jīng)編格柵網(wǎng)因其強(qiáng)度高、耐久性好，縱橫向受力方向明確，在路基加固中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，目前采用比較多的有碳纖維經(jīng)編格柵、玻璃纖維經(jīng)編格柵以及玄武巖纖維經(jīng)編格柵。

2、實(shí)際工程中雖然采用纖維增強(qiáng)路基能一定程度上緩解路基的變形沉降，但是，對(duì)增強(qiáng)道路運(yùn)營(yíng)全壽命周期內(nèi)的路基變形缺乏有效的監(jiān)測(cè)，無(wú)法準(zhǔn)確可靠的做到全壽命評(píng)估，因此需要對(duì)增強(qiáng)路基進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)有的路基沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)有沉降板法、沉降水杯法、水平傾斜儀法、電磁式分層沉降儀法、水壓式剖面沉降儀法等。這些傳統(tǒng)的路基變形監(jiān)測(cè)儀器僅能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)，且監(jiān)測(cè)誤差偏大、設(shè)備安裝復(fù)雜、自動(dòng)化水平低等缺點(diǎn)，無(wú)法精確的對(duì)大面積路基工程實(shí)現(xiàn)全局式監(jiān)測(cè)。光纖光柵傳感器具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、測(cè)試便捷、測(cè)試尺度大，可實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量等優(yōu)勢(shì)。目前已有將光纖光柵傳感器應(yīng)用于路基長(zhǎng)距離變形的監(jiān)測(cè)，但是由于路基變形較大，光纖光柵傳感器測(cè)量范圍較?。ㄒ话阍?0000微應(yīng)變范圍以?xún)?nèi)），難以實(shí)現(xiàn)路基的大變形監(jiān)測(cè)；且光纖脆性較大，在路基中鋪設(shè)時(shí)易造成損傷，因此光纖光柵傳感器應(yīng)用于路基變形的監(jiān)測(cè)也有一定的限制。同時(shí)，現(xiàn)有的光纖監(jiān)測(cè)路基變形多為單獨(dú)應(yīng)用，未考慮與纖維格柵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有效結(jié)合，監(jiān)測(cè)效率低，難以實(shí)現(xiàn)全局網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種具有監(jiān)測(cè)、有效擴(kuò)大傳感器量程范圍的智能纖維格柵。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于光纖光柵傳感的智能纖維格柵，包括經(jīng)向格柵支和緯向格柵支，經(jīng)向格柵支和緯向格柵支交錯(cuò)形成格柵，在經(jīng)向格柵支和緯向格柵支內(nèi)均設(shè)置有柔性光纖光柵傳感器，在所述經(jīng)向格柵支和緯向格柵支內(nèi)的柔性光纖光柵傳感器內(nèi)分別設(shè)置兩根或以上的具有不同延伸率的光纖，光纖在錨固位置與傳感基體錨固并形成監(jiān)測(cè)點(diǎn)，不同延伸率的光纖在格柵支不同的變形下以錨固位置為受力點(diǎn)被拉直，低延伸率的光纖先于高延伸率的光纖進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)。

4、不同延伸率的光纖在格柵支不同的變形下拉直的含義是延伸率一高一低的兩根光纖，那低延伸率的光纖先拉直進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)，格柵支持續(xù)的變形中，高延伸率的光纖也進(jìn)入拉直的過(guò)程，等低光纖被拉斷或者失去監(jiān)測(cè)功能后，第二根完全被拉直從而進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)。當(dāng)為多根光纖時(shí)，是隨著延伸率從低到高，逐個(gè)進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)。

5、不同延伸率的光纖包括不同預(yù)應(yīng)力的光纖和具有不同彎曲程度的光纖。

6、在所述經(jīng)向格柵支和緯向格柵支內(nèi)的柔性光纖光柵傳感器內(nèi)分別設(shè)置有兩根具有不同延伸率的光纖，一根為直線型光纖，一根為彎曲光纖。

7、柔性光纖光柵傳感器包括硅膠模，所述兩根或以上的具有不同延伸率的光纖封裝在所述硅膠模內(nèi)。

8、所述硅膠模包括硅膠上模和硅膠下模，在所述硅膠下模中開(kāi)設(shè)有直型光纖槽和彎曲光纖槽，直型光纖槽和彎曲型光纖槽中間設(shè)有硅膠隔板，彎曲型光纖槽附有形成彎曲內(nèi)槽的硅膠片，所述光纖放置在相應(yīng)的光纖槽內(nèi)。

9、本實(shí)用新型基于光纖光柵傳感的智能纖維格柵的制備方法，智能纖維格柵由經(jīng)編線沿經(jīng)向?qū)⒔?jīng)向紗束和緯向紗束編織而成，所述經(jīng)向紗束組成經(jīng)向格柵支，所述緯向紗束組成緯向格柵支；所述柔性光纖光柵傳感器復(fù)合經(jīng)編于經(jīng)向紗束和緯向紗束中。

10、經(jīng)向格柵支布置于緯向格柵支上方，沿經(jīng)向格柵支附有編織線，用于編織經(jīng)向格柵支中的紗束并在經(jīng)緯向格柵支交叉位置進(jìn)行編織，防止經(jīng)緯向格柵支形成的網(wǎng)孔變形。

11、每支所述經(jīng)向格柵支或緯向格柵支中包含多根紗束，其中含有光纖傳感器的為智能紗束，不含光纖傳感器的為普通紗束，智能紗束布置于格柵支的中間位置，普通紗束布置于格柵支的兩側(cè)位置。

12、所述柔性光纖光柵傳感器纏繞于編織軸上，與紗線一同進(jìn)行編織成智能紗束，所形成的智能紗束包含位于中心的光纖光柵傳感器和包裹保護(hù)傳感器的纖維。

13、編織完成后的纖維經(jīng)編格柵需經(jīng)過(guò)浸漬液浸漬，浸漬液類(lèi)型為丁苯膠乳、苯丙乳液、環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂。

14、本實(shí)用新型提出的基于光纖光柵傳感的智能纖維格柵，充分利用光纖光柵分布式傳感的特點(diǎn)，對(duì)光纖傳感器進(jìn)行柔性封裝，且封裝了具有不同延伸率的至少兩根光纖，不僅解決了光纖易脆斷的問(wèn)題，擴(kuò)大了光纖的應(yīng)變測(cè)量范圍，使其可用于路基中的大變形監(jiān)測(cè)。同時(shí)，將柔性光纖傳感器與纖維經(jīng)編格柵的復(fù)合編織，創(chuàng)新性的提出用于路基中監(jiān)測(cè)、增強(qiáng)一體化設(shè)計(jì)的智能化格柵，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)路基中全局網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)測(cè)，這對(duì)高速公路建造、運(yùn)營(yíng)階段的全壽命監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。

15、本實(shí)用新型提出的基于光纖光柵傳感的智能纖維經(jīng)編格柵，其所用的具體纖維包括并不限于碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維等其他纖維。

16、本實(shí)用新型提出的基于光纖光柵傳感的智能纖維經(jīng)編格柵，可根據(jù)具體的受力需求設(shè)計(jì)經(jīng)、緯向格柵支中紗束的數(shù)量，格柵網(wǎng)孔的尺寸也可根據(jù)具體需求調(diào)整。

17、本實(shí)用新型提出的基于光纖光柵傳感的智能纖維經(jīng)編格柵，包括并不限于應(yīng)用于路基增強(qiáng)，還可應(yīng)用于路面、路堤、邊坡的加固等，提高受力穩(wěn)定性。

18、本實(shí)用新型基于光纖光柵傳感的智能纖維格柵主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

19、1）光纖光柵傳感器靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、耐久性好，可實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)測(cè)。

20、2）光纖光柵傳感器封裝時(shí)具有不同延伸率的直線型光纖和預(yù)彎曲光纖，依次進(jìn)入工作狀態(tài)，直線型光纖先進(jìn)入工作狀態(tài)，等直線型光纖破壞后，預(yù)彎曲光纖再進(jìn)入工作狀態(tài)，可有效擴(kuò)大傳感器的量程范圍，實(shí)現(xiàn)在大變形情況下的監(jiān)測(cè)。

21、3）纖維格柵由縱橫向紗束交叉編織而成，受力方向明確，在應(yīng)用中可依據(jù)具體的受載方向進(jìn)行鋪設(shè)，能有效改善路基等結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度合穩(wěn)定性，減小不均勻沉降。

22、4）柔性光纖傳感器與纖維格柵復(fù)合編織，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)、增強(qiáng)一體化設(shè)計(jì)和全局網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，對(duì)道路工程的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)具有重要的意義。

技術(shù)特征：

1.一種基于光纖光柵傳感的智能纖維格柵，包括經(jīng)向格柵支和緯向格柵支，經(jīng)向格柵支和緯向格柵支交錯(cuò)形成格柵，在經(jīng)向格柵支和緯向格柵支內(nèi)均設(shè)置有柔性光纖光柵傳感器，其特征在于，在所述經(jīng)向格柵支和緯向格柵支內(nèi)的柔性光纖光柵傳感器內(nèi)分別設(shè)置兩根或以上的具有不同延伸率的光纖，光纖在錨固位置與傳感基體錨固并形成監(jiān)測(cè)點(diǎn)，不同延伸率的光纖在格柵支不同的變形下以錨固位置為受力點(diǎn)被拉直，低延伸率的光纖先于高延伸率的光纖進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵傳感的智能纖維格柵，其特征在于，不同延伸率的光纖包括不同預(yù)應(yīng)力的直線型光纖和具有不同彎曲程度的預(yù)彎曲光纖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵傳感的智能纖維格柵，其特征在于，在所述經(jīng)向格柵支和緯向格柵支內(nèi)的柔性光纖光柵傳感器內(nèi)分別設(shè)置有兩根具有不同延伸率的光纖，一根為直線型光纖，一根為預(yù)彎曲光纖。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于光纖光柵傳感的智能纖維格柵，其特征在于，柔性光纖光柵傳感器包括硅膠模，所述兩根或以上的具有不同延伸率的光纖封裝在所述硅膠模內(nèi)，所述的直線型光纖處于伸直狀態(tài)，荷載施加初始即開(kāi)始發(fā)生變形；所述的預(yù)彎曲光纖采用柔性膠沿彎曲內(nèi)槽壁進(jìn)行粘貼，在荷載下光纖與彎曲內(nèi)槽壁脫離，逐漸被拉直。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于光纖光柵傳感的智能纖維格柵，其特征在于，所述硅膠模包括硅膠上模和硅膠下模，光纖槽根據(jù)不同延伸率光纖的具體形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括直型槽和彎曲槽，彎曲型光纖槽內(nèi)附有形成彎曲內(nèi)槽的硅膠片，直型槽和彎曲槽中間設(shè)有硅膠隔板，不同延伸率的光纖放置在相應(yīng)的光纖槽內(nèi)。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開(kāi)了一種基于光纖光柵傳感的智能纖維格柵，屬于土木工程智能材料領(lǐng)域。具體為，通過(guò)合理封裝設(shè)計(jì)適用于路基大變形監(jiān)測(cè)的柔性光纖傳感器，并將封裝的柔性光纖傳感器束復(fù)合編織于纖維格柵中，形成可增強(qiáng)路基并監(jiān)測(cè)路基大變形的光纖傳感智能土工格柵，構(gòu)建智能格柵增強(qiáng)道路系統(tǒng)。柔性光纖傳感器是通過(guò)對(duì)光纖進(jìn)行預(yù)彎曲并封裝于軟硅膠模中實(shí)現(xiàn)，可有效擴(kuò)大傳感器的量程范圍，實(shí)現(xiàn)在大變形情況下的監(jiān)測(cè)。本技術(shù)基于光纖光柵傳感器長(zhǎng)標(biāo)距傳感特點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)光纖光柵傳感器的封裝技術(shù)，將柔性光纖光柵傳感器與纖維格柵復(fù)合形成智能土工格柵，實(shí)現(xiàn)了纖維格柵在路基工程中的增強(qiáng)、監(jiān)測(cè)一體化設(shè)計(jì)，在土木工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：梁訓(xùn)美,汪昕,張曉非,趙純鋒,吳智深
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東路德新材料股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240221
技術(shù)公布日：2024/12/26