一种基于光纤布拉格光栅的微型传感器，用于快速检测公路边坡和路基中的土壤水分剖面

摘要： 基于光纤布拉格光栅（FBG）的氧化铝管封装传感器（ATPS）被开发用于高速公路边坡与路基土体含水率剖面的快速检测。该新型ATPS由直径5毫米的氧化铝管、内置准分布式FBG传感器的光纤、"U"型电阻丝及法兰盘组成，设有四个直径0.9毫米的孔洞。通过实验室实验标定了ATPS热响应与土体含水率的关系，并开展两次室内降雨验证模型试验以检验其监测边坡与路基土体含水率剖面的效能。验证过程中量化了ATPS的测量精度，同时探究了有植被覆盖与无植被覆盖地表的水分入渗特性。标定结果表明：该传感器能实时检测降雨后高速公路边坡与路基含水率变化，精准识别不同建筑材料接缝处（即易产生裂缝且土体导水率显著增大的危险区域）。土体含水率监测平均精度达0.015 m3/m3。试验还发现：植被覆盖（草坪）在降雨初期（本研究为十二分钟）会显著抑制水分入渗，但随后入渗速率急剧下降；草坪对入渗的影响程度取决于土壤结构、导水性能及降雨时长。综上，凭借小巧体型与快速检测优势，该ATPS可作为便携式探头用于高速公路边坡与路基的含水率监测。