(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011618085.1
(22)申请日 2020.12.31
(71)申请人 湖北三江航天红阳机电有限公司
地址 432000 湖北省孝感市长征路95号
(72)发明人 罗刚 孙琪真
(74)专利代理机构 北京众达德权知识产权代理
有限公司 11570
代理人 梁凯
(51)Int.Cl.
E02D 3/00(2006.01)
E02D 33/00(2006.01)
G01D 5/353(2006.01)
(54)发明名称
一种智能土工格栅
(57)摘要
本发明公开了一种智能土工格栅，包括：筋
两组弹性构件；其中，所述光纤传感器固定在所
述至少两组弹性构件之间。本发明提供的智能土
工格栅用于解决现有技术中智能土工格栅在卷
取、铺设和使用的过程中光纤传感器易折断，导
致监测的可靠性不高的技术问题。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 112832225 A 2021.05.25
C N 112832225
A
1.一种智能土工格栅，其特征在于，包括：
筋状结构和监测结构，所述监测结构固定在所述筋状结构上；
所述监测结构包括光纤传感器和至少两组弹性构件；其中，所述光纤传感器固定在所述至少两组弹性构件之间。
2.如权利要求1所述的土工格栅，其特征在于，所述筋状结构包括纵向筋条和分布于所述纵向筋条之间的网状筋条。
3.如权利要求2所述的土工格栅，其特征在于，所述监测结构固定在所述土工格栅的所述纵向筋条上。
4.如权利要求1所述的土工格栅，其特征在于，所述弹性构件为弹簧钢丝，所述弹簧钢丝的直径为0.8mm～1.2mm。
5.如权利要求1所述的土工格栅，其特征在于，所述光纤传感器的直径为0.4mm～1.0mm。
6.如权利要求1所述的土工格栅，其特征在于，每个所述纵向筋条上所述光纤传感器的数量为N根，N为大于等于1的整数。
7.如权利要求1所述的土工格栅，其特征在于，所述光纤传感器的直径小于所述弹性构件的直径。
8.如权利要求1所述的土工格栅，其特征在于，所述至少两组弹性构件之间相互平行且具有3mm～8mm的间隔，所述光纤传感器平行固定于所述至少两组弹性构件之间的间隙中。
9.如权利要求1所述的土工格栅，其特征在于，所述监测结构还包括热熔粘结层，所述热熔粘结层通过热熔工艺将所述至少两组弹性构件和所述光纤传感器进行包覆封装并粘接在所述纵向筋条上。
10.如权利要求9所述的土工格栅，其特征在于，所述热熔粘结层的材料与所述筋状结构的材料相同。
权 利 要 求 书1/1页CN 112832225 A
一种智能土工格栅
技术领域
[0001]本发明涉及工程材料领域，尤其涉及一种智能土工格栅。
背景技术
[0002]随着光电技术和物联网技术的迅速发展，集成了光纤传感器的智能型土工格栅产品孕育而生，这种智能型土工格栅通常作为加固土建基础的底层建筑材料的加固框架，与传统土工格栅相比又具备实时监测道路交通工具载荷、流量和监测土建基础物理状态的功能，该智能型土工格栅与其光时域反射设备(OTDR)和上位机的大数据系统联机使用，以达到感知、监控信息采集、记录、分析、安全预警的功用，是实现万物互联和智能感知的基础型工程材料。
[0003]目前的土工格栅虽然集成了光纤传感器，但在卷取、铺设和使用的过程中光纤传感器很容易折断，导致监测的可靠性不高。
发明内容
[0004]本申请实施例通过提供一种智能土工格栅，解决了现有技术中智能土工格栅在卷取、铺设和使用的过程中光纤传感器易折断，导致监测的可靠性不高的技术问题，实现了提高光纤传感器的保护力度，进而提高监测的可靠性的技术效果。
[0005]本申请通过本申请的实施例提供如下技术方案：
[0006]本申请提供一种智能土工格栅，包括：
[0007]筋状结构和监测结构，所述监测结构固定在所述筋状结构上；
[0008]所述监测结构包括光纤传感器和至少两组弹性构件；其中，所述光纤传感器固定在所述至少两组弹性构件之间。
[0009]优选地，所述筋状结构包括纵向筋条和分布于所述纵向筋条之间的网状筋条。[0010]优选地，所述监测结构固定在所述土工格栅的所述纵向筋条上。
[0011]优选地，所述弹性构件为弹簧钢丝，所述弹簧钢丝的直径为0.8mm～1.2mm。[0012]优选地，所述光纤传感器的直径为0.4mm～1.0mm。
[0013]优选地，每个所述纵向筋条上所述光纤传感器的数量为N根，N为大于等于1的整数。
[0014]优选地，所述光纤传感器的直径小于所述弹性构件的直径。
[0015]优选地，所述至少两组弹性构件之间相互平行且具有3mm～8mm的间隔，所述光纤传感器平行固定于所述至少两组弹性构件之间的间隙中。
[0016]优选地，所述监测结构还包括热熔粘结层，所述热熔粘结层通过热熔工艺将所述至少两组弹性构件和所述光纤传感器进行包覆封装并粘接在所述纵向筋条上。
[0017]优选地，所述热熔粘结层的材料与所述筋状结构的材料相同。
[0018]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：[0019]由于在光纤传感器两侧设置了弹簧钢丝，使弹簧钢丝分担光纤传感器在卷取、铺
设和使用过程中受到的重量负荷和冲击负荷，有效地保护了光纤，进而提高了监测的可靠性。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本申请实施例中的智能土工格栅的结构示意图；
[0022]图2为本申请实施例中的智能土工格栅的具体结构示意图；
[0023]图3为本申请实施例中纵向筋条的横截面示意图。
具体实施方式
[0024]本申请实施例通过提供一种智能土工格栅，解决了现有技术中智能土工格栅在卷取、铺设和使用的过程中光纤传感器易折断，导致监测的可靠性不高的技术问题。[0025]本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0026]提供一种智能土工格栅，包括：
[0027]筋状结构和监测结构，所述监测结构固定在所述筋状结构上；
[0028]所述监测结构包括光纤传感器和至少两组弹性构件；其中，所述光纤传感器固定在所述至少两组弹性构件之间。
[0029]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0030]实施例一
[0031]本申请提供一种智能土工格栅，如图所示，包括：
[0032]筋状结构1010和监测结构1020，所述监测结构1020固定在所述筋状结构1010上；[0033]所述监测结构1020包括光纤传感器1021和至少两组弹性构件1022；其中，所述光纤传感器1020固定在所述至少两组弹性构件1022之间。
[0034]在具体的实施过程中，筋状结构1010是由如图2所示的纵向筋条201和位于纵向筋条之间的网状筋条202组成。在实际的生产制造过程中，可以采用聚丙烯冲孔板材通过纵向和横向热拉伸，一次成型制作纵向筋条和位于纵向筋条之间的网状筋条。当然，根据不同的用途和防护等级，筋状结构1010还可以选用其他的材料，例如玻璃纤维、高强聚酯纤维和钢塑复合材料等，在此不作限制，也不再一一列举。另外，根据实际的需求，网状筋条可以做成矩形、菱形、三角形和六边形等，在此不作限制。本实施例网状筋条采用如图2所示的矩形。[0035]监测结构1020固定在筋状结构的纵向筋条上，包括光纤传感器1021和至少两组弹性构件1022，其中，光纤传感器1020固定在至少两组弹性构件1022之间。在一种具体的应用中，光纤传感器1020外层包裹有尼龙护套，以保护内部的光纤传感器，而弹性构件1022可以是弹簧钢丝、弹性皮筋、橡胶等兼具弹性和一定机械强度的器件，在此不作限制。
[0036]在实际的应用中，智能土工格栅的宽幅一般在1.5m到5m之间，每卷长度在50至100米之间，铺设时每卷与每卷之间通过光纤连接头相互搭接，同一卷格栅内的光纤传感器可以通过光纤连接头或其他光学传感器串联，从而形成网格形或S形的监测网络。由于光纤传感器置于弹性构件之间，而弹性构件在兼顾弹性特征的同时，其剪切强度为光纤传感器的数十倍，可以为光纤传感器提供强力有效地防
护，防止光纤断路，因此当智能土工格栅铺设完成后，主要是由弹性构件承载外界的冲击产生的弯曲剪切应力。
[0037]在一种具体的实施例中，智能土工格栅的结构可以如图2所示，该土工格栅的幅宽为1.5m，长度为100m，每卷布置两根纵向筋条。在每根纵向筋条上，分别固定两根弹簧钢丝203和一根光纤传感器204，两根弹簧钢丝平行固定在纵向筋条上，光纤传感器固定在两根弹簧钢丝之间，优选地，每根弹簧钢丝是由两股基础弹簧钢丝绞合形成，既保证了对光纤传感器的保护力度，也兼顾了成本，当然也可以根据保护强度的需要采用多于两股基础弹簧钢丝绞合，在此不作限制。在具体的实施过程中，弹簧钢丝经过热处理和表面处理，每根直径在0.8mm～1.2mm之间，同一根纵向筋条上两根弹簧钢丝的间隙为3～8mm，光纤传感器布置在两根弹簧钢丝的间隙中，直径为0.4mm～1.0mm，需要说明的是，光纤传感器的直径必须小于两根弹簧钢丝的直径，这样两根弹簧钢丝才能分担光纤传感器上的大部分径向弯曲剪切应力，对光纤传感器形成有效的保护。
[0038]在一种优选的固定方式中，弹簧钢丝和光纤传感器是采用热熔工艺的方式封装并固定在土工格栅的纵向筋条上的，考虑到与筋状结构的粘结效果，热熔材料可以选用和筋状结构相同的材料，本实施例中热熔材料选用聚丙烯，当然在具体的实施过程中，也可以选用其他的热熔材料，如聚乙烯、聚氯乙烯等，在此不作限制。固定作业完成后，弹簧钢丝和光纤传感器被封装包裹在热熔粘结层里，热熔粘结层则粘结在纵向筋条上，与纵向筋条融为一体，如图3所示，是固定作业完成后的纵向筋条的横
截面，3010是纵向筋条，3040是热熔粘结层，光纤传感器3020和弹簧钢丝303a、303b封装在热熔粘结层3040中，与热熔粘结层3040共同粘附在纵向筋条3010上。
[0039]另外，在具体的实施过程中，还可以根据不同的监测目的，在每根纵向筋条上布置多根光纤传感器，例如，在一种用于道路加固的智能土工格栅中，可以同时布置两根光纤传感器，两根光纤传感器分别布置在纵向筋条上且相互之间具有一定的间隔，以避免摩擦损伤。其中一根光纤传感器用于监测道路负载状况，另一根用于监测道路结构的稳定性，例如是否产生位移，有没有道路下陷、侧边滑坡的情况。另外，用于保护光纤传感器的弹簧钢丝也可以设置多于两组，以加强保护力度，例如，在一种应用于山区道路两侧斜坡防护的智能土工格栅中，由于山区偏远且道路条件复杂，如果光纤传感器不能有效监测，则需要人工定时监测维护，其成本较高，这就对光纤传感器监测的可靠度具有更高的要求，因此可以在每根纵向筋条上布置四组弹簧钢丝，以提高对光纤传感器的保护等级，保证光纤传感器能在更长的时间段内正常工作，及时监测到可能出现的如滑坡等问题，以及时对道路两侧进行维护。
[0040]上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
[0041]由于在光纤传感器两侧设置了弹簧钢丝，使弹簧钢丝分担光纤传感器在卷取、铺设和使用过程中受到的重量负荷和冲击负荷，有效地保护了光纤，进而提高了监测的可靠性。
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