[发明专利]一种与沥青路面材料协同变形的应变传感器

说明书

本发明公开了一种与沥青路面材料协同变形的应变传感器，涉及传感器技术领域，其技术方案要点是包括弹性敏感元件、电阻应变片、端部法兰、封装外壳、柔性层。封装外壳采用柔性层包裹，封装外壳与端部法兰采用组装式连接方式，封装外壳与端部法兰在测量方向可以自由滑动，在垂直测量方向相互约束，消除了封装外壳的加筋作用，封装外壳的尺寸按照弹性敏感元件与应变传感器占据的路面材料具有相同抗拉刚度原则进行确定，保证了弹性敏感元件与路面材料变形一致，弥补了传统应变传感器与路面材料难以协调变形的局限性，测量结果能够直接真实反映路面结构实际状态，不需要对传感器进行二次标定。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种与沥青路面材料协同变形的应变传感器。

背景技术

在交通荷载反复作用下，沥青路面逐渐出现疲劳损伤、反射裂缝、车辙等多种病害形式，归根结底是路面结构应力应变累积造成材料性能衰退，因此获取沥青路面服役过程中实际行车荷载作用下结构层应力应变响应，能够指导路面结构设计、解释路面力学破坏机理、制定路面养护决策，是建立长寿命路面结构设计体系重要组成部分，埋入式应变传感器已经成为路面结构健康监测的主要观测手段。

而现阶段沥青路面采用的埋入式应变传感器，为了防止施工阶段压路机钢轮振动碾压及服役阶段重载交通作用导致传感器内部敏感元件破坏，通常采用模量较大的钢材作为传感器封装外壳，使得传感器在路面结构中存在加筋作用，约束了传感器周围沥青混合料变形，测量输出结果与实际路面结构状态不一致，影响对路面结构真实状态认识。

同时由于传感器约束作用，在传感器与周围路面材料的界面处产生应力集中现象，在反复行车荷载作用下，容易造成传感器与周围路面材料分离。

在公开号为CN101592474A的中国发明专利中，提出了一种沥青路面材料与光纤光栅传感器协同变形的评价方法，该方法基于小变形纯弹性梁的假设，根据理论计算应变修正应变传感器的输出结果，但是要求埋入式应变传感器必须要先植入四点弯曲梁进行二次标定，才能进行实际路面结构监测应用，其操作流程繁琐复杂，难以推广。

因此亟待出现一种能够对路面结构状态认知真实的，计算流程简单且易于推广的应变传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种与沥青路面材料协同变形的应变传感器，其为了解决现有的沥青路面用应变传感器不能与路面材料协调变形导致测量结果与路面实际状态存在差异，进而提出一种与沥青路面材料协同变形的应变传感器，确保传感器的输出真实反映路面结构的实际状态，达到准确测量路面应变的目的。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种与沥青路面材料协同变形的应变传感器，包括：

弹性敏感元件，设于应变传感器内，整体为扁平长方体片状结构，用于感受沥青路面形状变化并与其同步发生形变；

电阻应变片，贴合固定在弹性敏感元件中间位置，用于收集并传递弹性敏感元件产生的形变数据；

端部法兰，呈长方体结构，于弹性敏感元件的两端对称设有两个；

封装外壳，呈扁平长方体形状，于弹性敏感元件的扁平两侧面对称设有两个，用于配合端部法兰完成弹性敏感元件及电阻应变片的固定封装；

柔性层，嵌套于封装外壳表面，用于保护应变传感器内部。

进一步设置：封装外壳贴合弹性敏感元件的一侧面开设有沿弹性敏感元件长度方向延伸的矩形凹槽，两个封装外壳上的矩形凹槽相互配合以容纳弹性敏感元件。

进一步设置：封装外壳上开设有位于矩形凹槽两侧并与矩形凹槽平行的横向半圆凹槽，横向半圆凹槽关于弹性敏感元件的中线对称设有两组；端部法兰对应横向半圆凹槽位置设有凸圆柱体，凸圆柱体的形状和数量均与横向半圆凹槽相互适配，以完成二者的嵌合连接。