基于分布式光纤的混凝土路面振动场感知与解析

摘要

感知并解析路面振动可为智能车路系统提供健康诊断、定位循迹、风险预警等多功能服务，有效驱动路面智能化。通过优化分布式光纤器件设计与阵列布设，研发了水泥混凝土路面振动分布式感知系统；利用短时能量分析、功率谱分析等构建了振动时间-空间特征、频域-空间特征的场式表达方法；基于短时能量时空场、功率谱频空场，提出了水泥混凝土路面振动时空响应特征、全局频域特征的变维度解析方法；并于同济大学足尺试验场进行实测验证。结果表明：（1）荷载位置显著影响短时能量时空场，短时能量峰值坐标能灵敏地反映荷载位置变化，且相比线形光缆，由光纤环阵列组成的感知系统具有更高的空间分辨率（0.35 m）;（2）相同荷载激振下，振动分布式感知系统与商用高精度加速度计测试结果相近（频峰识别误差小于1 Hz,空间振型置信度大于0.9）,且在多点重复测试下具有较高稳定性；（3）面板模量显著影响功率谱频空场，模量越大前4阶频率越大，且增幅随阶次增高而愈发显著，该实测现象与理论分析吻合，且在6块板内测得相同趋势。该振动分布式感知系统能够准确、稳定地感知路面振动场时间、空间、频域信息；振动场变维度解析方法能够有效、可靠地解析时空响应特征、全局频域特征。