海外着名学术期刊《Construction and Building Materials》2024年11月刊发了我院学者的论文《基于漫衍式光纤传感数据的沥青铺面应变模态测量门径》（Strain mode measurement of asphalt pavements using distributed fibre optic sensor data）。我院教师曾孟源助理熟悉、赵鸿铎熟悉为第一、第四作家波多野结衣作品番号，论文的衔尾作家包括苏黎世联邦理工学院熟悉Alexander Puzrin、盘考员Dominik Hauswirth、博士生Urias Morf。
Zeng， M.， Hauswirth， D.， Morf， U.， Zhao， H.， & Puzrin， A. (2024). Strain mode measurement of asphalt pavements using distributed fibre optic sensor data. Construction and Building Materials， 450， 138730.
纲目：
本文摄取漫衍式光纤应变传感技能，研发了沥青铺面结构应变模态测量门径，包括：依托漫衍式光纤传感技能，得到沥青铺面不同位置的高密度动应变数据；针对应变数据开展互功率谱（CPSD）分析，索取CPSD频谱峰值及该频率处的振幅向量行为应变模态特征。此外，本文开展室内试验与现场试验，对比上述门径收尾与表面规划、加快度计测量收尾，熟悉该门径的准确性；同期，对比沥青结构局部加热后的应变模态测量收尾，熟悉该门径对材料脾气变化的明锐性。试验收尾发现上述门径测得的CPSD峰值频率与加快度计收尾基本吻合（±0.6 Hz），且该门径可提供厘米级的CPSD振幅向量。振幅向量与表面振型的模态置信度杰出0.95，并能灵巧反应沥青结构中不同位置的材料脾气变化。标明该门径可灵验测量沥青结构中的应变模态，比拟传统点式测量法能更详备地掌抓结构脾气的漫衍情况。
关键词：铺面、应变、模态、沥青、漫衍式光纤传感器
盘考孝敬：
研发了基于漫衍式光纤的沥青铺面结构应变模态测量门径，充分哄骗高空间分辨率、高密度的应变数据栽培沥青铺面结构应变模态频率与振型的测量效果，并能灵巧反应沥青结构局部结构脾气变化。
盘考布景：
模态分析行为揭示结构固有属性的技能，庸俗用于桥梁、耿介等结构健康监测。传统应变模态测量主要依靠单点传感器，但受限于传感器的空间分辨率和布设阵势，应变模态测量的齐备性和精度不及。比年盘考标明，漫衍式光纤传感用具有高密度、贯串测量等上风，为沥青铺面结构的应变模态测量提供了新旅途。
调教漫画然则，沥青铺面施工存在高温热拌和振动压实，对光纤传感器的受力性能与应变传递带来挑战，尤其在动态荷载下的应变模态捕捉智力尚待考据。此外，如何哄骗漫衍式光纤高密度数据来提高应变模态测量的精度与分辨率，仍需潜入盘考。为此，本文旨在研发基于漫衍式光纤的沥青铺面结构应变模态测量门径，并通过室内与现场实测考据其用于结构脾气识别的灵验性。
盘考门径：
（1）漫衍式应变感知技能
本文摄取基于瑞利散射的扫频插手技能，哄骗商用解调仪开展测量。实验中传感器的量测点间距建树不杰出1厘米，动态测量时采样频率为100 Hz。本文华纳了三种商用光纤光缆，分裂具有不同的机械性能和耐热性。光缆A摄取金属管封装，具有较高轴向刚度，八成承受施工过程中的外界冲击，但可能影响应变传递；光缆B具有PEEK外护套，专为高温环境谋划；光缆C则摄取EPR外护套，具有中等刚度和纯真性。开展实验分裂分析三种光缆在高温施工环境和动态荷载下的发扬。
图1 选用光纤断面图
（2）光纤数据处理门径
为了从漫衍式光纤数据中索取应变模式，本文开拓了一种基于互功率谱密度（CPSD）的数据处理门径，包括以下要领：
1） 频谱调治：将光纤的频谱变化调治为轴向应变变化，同期忽略温度变化对应变的影响。
2） 规划互功率谱密度：采取参考测量点，与其他测量点规划互功率谱密度，索取局部峰值频率。
3） 归一化处理：对互功率谱密度数据进行归一化处理，得到相对幅值信息。
4） 索取应变模态：王人集高密度数据索取局部应变模式波多野结衣作品番号，分析峰值频率对应的相对振幅，得到应变模态振型。
图2 处理算法经由
（3）实验谋划
为了考据该门径的灵验性，本文谋划了以下实验：
1） 高温自满试验：评估光纤在高温环境下的应变传递性能，通过温度轮回实验不雅察不同光缆在顶点温度下的应变响应变化。
图3 高温自满试验建树
2） 室内迂回试验：在实验室中制作沥青梁并埋入光纤传感器，施加静态荷载得到沥青结构应变漫衍，并将实验收尾与有限元仿真、传统传感器测量收尾进行对比。
图4 室内迂回试验建树
3） 冲击荷载试验：锤击沥青梁，通过测得的动态应变开展CPSD分析，将分析得到的应变模态收尾与传统加快度计、表面振型对比，考据基于CPSD门径的应变模态测量智力。
图5 冲击荷载试验建树
4） 交通荷载试验：在施行城市谈路中埋入光纤传感器，记载转移载荷引起的动态应变，比较光纤与传统加快度计的测量收尾。
图6 交通荷载试验
主要论断：
（1）高温自满试验
本试验模拟了光纤传感器在热拌沥青铺设中的高温自满环境，分裂测试了A型和B型传感器的应变传递性能。A型传感器因涂层材料与光纤间王人集力不及，在高温（约230℃）自满后其应变测量性能彰着下跌。比拟之下，B型传感器摄取了热沉着性更高的涂层材料，在同等条款下应变测量性能保持沉着，症结铁心在1.7%以内。收尾标明，B型传感器在沥青路面施工中的适用性更强。
图7 高温自满试验收尾
（2）室内迂回试验
为考据光纤传感器对静态应变模态的捕捉智力，制备了埋入不同类型光纤传感器的沥青梁样本，并通过四点迂回试验施加静载荷。A型传感器由于施工过程中的高温影响，在捕捉局部应变方面与表面解之间存在显赫偏差。而B型传感器在交流条款下发扬出较高的应变捕捉精度。但即使在埋入过程中履历了高温，两类传感器的归一化应变在总体漫衍上与表面收尾一致。
图8 室内迂回试验收尾
（3）冲击加载试验
本试验摄取手持锤开展冲击测试，通过漫衍式光纤传感器收集沥青梁的动态应变数据。哄骗CPSD门径索取应变模态频率和振型。收尾自满，传感器测得的一阶模态频率与加快度计测量收尾一致，偏差小于0.3Hz；振型与表面解的模态置信度超0.95，且能灵巧反应局部加热产生的结构脾气变化。标明光纤传感器因其高空间分辨率特质，八成更风雅地反应模态振型的局部特征，相较传统加快度计的模态识别智力有显赫栽培。
图9 室内冲击试验收尾
图10 沥青梁局部加热后的各层应变振型
（4）交通荷载试验
为考据提议门径在施行工程中的应用后劲，在真是谈路试验中埋入C型光纤传感器，收集动态车载荷下的应变数据。试验标明，传感器在车轮作用区域能告捷捕捉显赫的频率辩论应变信号，其模态频率测量收尾与传统加快度计基本一致。此外，光纤传感器的高空间分辨率数据揭示了沥青路面在车轮动态载荷下的振幅漫衍司法，为应变模态测量在复杂交通条款下的应用提供了基础。
(a) 不同车轴加载下CPSD的峰值频率
(b) 不同车轴加载下CPSD的振幅向量
图11 交通荷载试验收尾图
后续盘考：
作家团队将辩论收尾应用于华北某要害机场跑谈、上海某高速路段，建设了铺面结构健康监测系统，为铺面结构性状判辨、展望及运维决议提供技能基础与信息支援。
上海某高速路段应用实例：铺面性能原始数据不远离监测
华北某要害机场跑谈应用实例：可视化处治系统