¿Pueden las fibras ópticas medir la presión?

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Si lo enterramos en el suelo, ¿puede detectar cuántos toneladas de peso de un coche hay encima?

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Desde la perspectiva de los principios de detección óptica y la ingeniería de la mecánica del suelo, enterrar fibra óptica ordinaria directamente en el suelo no permite medir con precisión el tonelaje específico de los vehículos que pasan por encima; sin embargo, si la fibra óptica se encapsula de forma estructural para crear un sensor de pesaje, un medidor de presión de tierra o se instala en la capa de carga de la superficie de la carretera, la carga del vehículo se puede calcular por completo.

I. ¿Por qué enterrar fibra óptica directamente en el suelo no permite medir directamente el peso del vehículo?

  1. Incompatibilidad entre el mecanismo de detección y la dirección sensible
    La detección por fibra óptica (incluyendo la fibra óptica de Bragg FBG y la fibra óptica distribuida DAS/DTS) es intrínsecamente muy sensible a la deformación axial (\varepsilon) y a la temperatura (\Delta T):

    \frac{\Delta \lambda_B}{\lambda_B} = (1 - P_e)\varepsilon + (\alpha + \xi)\Delta T

    La presión lateral/radial aplicada directamente a la sección transversal de la fibra óptica tiene un coeficiente de efecto fotoelástico muy bajo y un desplazamiento de longitud de onda muy pequeño. Además, la extrusión transversal no uniforme de las partículas del suelo sobre la fibra desnuda puede fácilmente causar un efecto de birrefringencia (que conduce a una ampliación del espectro de reflexión de la rejilla o incluso a una división en dos picos), lo que impide establecer una relación mecánica unívoca y lineal.

  2. Incertidumbre mecánica del medio del suelo
    El suelo es un medio discreto poroso y no homogéneo. Cuando la carga del vehículo superior se transmite hacia abajo, sigue la teoría de la elasticidad de medio semi-infinito (como la fórmula de distribución de tensiones de Boussinesq), y la tensión se atenúa y difunde de forma no lineal con la profundidad de enterramiento y la distancia radial. El contenido de agua, la densidad, la distribución granulométrica y la relajación por fluencia de la capa de suelo provocarán la deriva dinámica del coeficiente de transmisión de tensiones. La fibra enterrada directamente solo puede detectar cualitativamente