[发明专利]一种基于OFDR+EMI的连续配筋混凝土路面裂缝监测系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于OFDR+EMI的连续配筋混凝土路面裂缝监测系统与方法，其中的OFDR分布式光纤和压电陶瓷传感器，其结构简单、易于操作、成本低廉、性能稳定，其抗干扰能力强、灵敏度高，同时其寿命长、安装简单，因此可以大范围的使用；OFDR分布式光纤和压电陶瓷传感器外部拿环氧树脂作为保护层，其安全度较高，不易被损坏，因此适用于各种不同类型的钢筋混凝土路面中；本发明通过OFDR分布式光纤精准定位裂缝开裂位置，通过压电陶瓷传感器精确确定裂缝开裂宽度，可以实时监测路面裂缝的产生，达到了在毫米级上对裂缝进行监测的目的，同时降低路面监测成本，推动智能化交通建设，因此本发明同时也适用于其他大型钢筋混凝土路面的长期动态监测。

技术领域

本发明涉及道路监测技术领域，尤其涉及一种基于OFDR+EMI 的连续配筋混凝土路面裂缝监测系统与方法。

背景技术

部分连续配筋混凝土路面(PCRCP)，是一种混凝土面层内纵向间隔配有“连续钢筋”和“部分连续钢筋”，横向配有构造钢筋，在“部分连续钢筋”区域处实施早期主动裂缝诱导措施，形成由“主动裂缝”和“被动(自然)裂缝”共同组成的均匀裂缝形态的路面新形式。其发挥主动裂缝控制技术优势，在主动裂缝区域采用纵向增加“部分连续钢筋”实现控制裂缝宽度，在低应力钢筋区域则采用低配筋率的“连续钢筋”约束被动裂缝。但是，裂缝特别是微裂缝的扩展，如果不进行适当的管控，则会极大降低了路面使用性能，严重缩短道路使用寿命。然而，传统维修的“事后”特性表明，裂缝只能在发生后才能修复，这会大大增加了成本，因此需要先进的技术来准确监测和定位内部裂缝。

目前，现有的路面裂缝检测技术包括：人工观察法、探地雷达、超声脉冲法、红外热像与图像技术等。但这些监测方法大多为点式监测，往往是在定检过程中通过人工检查发现裂缝后再对裂缝进行定点检测，无法做到及时防缝、控缝，很容易造成险情或重要的先兆信息漏检。并且这些传统监测技术缺乏自发性，不能实现自动化、智能化监测。

OFDR分布式光纤传感技术作为一种分布式监测技术，该技术中光纤既是传输介质也是传感元件，可获得沿光纤传感方向的所有被测物理量，通过合理布设光纤网络可对被测结构实现整体健康监测，可进行空间上的连续测量。但是该技术有一定的不足，该技术得到的是光纤中某点的应变，是该点附近感应光信号解调仪在其空间分辨率范围内的平均应变。除此之外，裂缝附近显得更为集中的光纤局部应变分布，不仅不能反映在光纤的平均应变中，还会加剧感应光信号的扭曲畸变，进一步降低光纤裂缝检测的灵敏度和可靠性，并给裂缝定宽造成困难。而基于压电陶瓷传感器的机电阻抗(EMI)技术，其充分利用压电陶瓷的压电效应，将传感器通过一定的方式埋置于待测结构内部中，可以在一定程度上减弱外界环境对压电陶瓷传感器的影响，从而保证检测系统的实时性和有效性。基于压电陶瓷制作的传感器具有重量轻、灵敏度高、性能稳定、制作简单且成本低等优点。但其也存在一些缺点，如该方法有效的响应范围小，只对传感器周围的局部损伤敏感。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种可以自感应开裂信息的高精度部分连续配筋混凝土路面裂缝实时监测系统与方法，其基于OFDR分布式光纤传感技术与机电阻抗技术，可以实时、无损、连续监测PCRCP内部应变变化规律和路面内部裂缝的开裂时间、开裂位置、开裂宽度。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于OFDR+EMI的连续配筋混凝土路面裂缝监测系统，包括：

OFDR分布式光纤传感监测装置和机电阻抗监测装置；

其中，OFDR分布式光纤监测装置包括光源发生模块、OFDR分布式光纤传感模块、数据采集模块、无线传输模块与第一计算机；

机电阻抗监测装置包括压电陶瓷(PZT)传感器、阻抗分析仪和第二计算机；