光纖傳感式鋼軌異常聲監聽探頭的製作方法

2023-10-06 15:07:59 1

本發明涉及一種鋼軌異常聲傳感器，尤其涉及一種光纖傳感式鋼軌異常聲監聽探頭，屬於鐵路軌道檢測技術領域。

背景技術：

光纖鋼軌異常聲傳感器由於其傳輸距離遠，不受電磁環境幹擾，已被廣泛應用，其調製形式主要有強度調製型、光纖光柵型和幹涉型等，目前在光纖鋼軌異常聲傳感器方面已有較多專利技術，這些光纖鋼軌異常聲傳感器各有其優點，有的靈敏度很高，有的頻率響應很好，有的技術含量很高，都能很好適應常見的軌道聲音信號轉換，這些光纖鋼軌異常聲傳感器的共同點是：(1)入射光纖到出射光纖之間有的有斷裂，光信號不能連續傳輸，容易受環境溫度、溼度和清潔度影響；(2)野外使用壽命有限，當光纖端面或光柵縫隙受到潮氣、灰塵和發黴等侵蝕時，傳感器的靈敏度和準確性會受到嚴重影響，有的甚至會失靈；(3)移動測量困難，需要鬆緊螺絲來改變傳感器的位置。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種結構簡單、移動測量方便、能夠在複雜野外環境條件下的長時間使用且能穩定工作的光纖傳感式鋼軌異常聲監聽探頭。

本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案實現的：光纖傳感式鋼軌異常聲監聽探頭由外殼(1)、第一導向管(2)、第一支架(3)、透氣孔(4)、海綿濾(5)、第一緩衝段(6)、第二緩衝段(7)、第二導向管(8)、第二支架(9)、腔頂(10)、第三導向管(11)、第三支架(12)、管道(13)、橡皮套(14)、入射光纖(15)、出射光纖(16)、皮套末端(17)、凹槽(18)、手柄(19)、磁性蓋(20)、振動膜(21)、底結(22)、圓弧彎曲段(23)、第一橡筋(24)、頂結(25)、輕質墊片(26)、第一微彎段(27)、第二微彎段(28)、腔口(29)、羅口(30)、腰結(31)、第二橡筋(32)和防滑墊(33)組成。

其中入射光纖(15)、出射光纖(16)、第一微彎段(27)、第二微彎段(28)、圓弧彎曲段(23)、第一緩衝段(6)和第二緩衝段(7)構成光纖傳感機構，第一導向管(2)、第一支架(3)、第二導向管(8)、第二支架(9)、第三導向管(11)、第三支架(12)、底結(22)、頂結(25)、腰結(31)、第一橡筋(24)和第二橡筋(32)構成光纖定形機構，透氣孔(4)、海綿濾(5)、橡皮套(14)、皮套末端(17)、磁性蓋(20)、輕質墊片(26)和防滑墊(33)構成附屬機構。

所述探頭的腔內設有入射光纖(15)、出射光纖(16)、第一微彎段(27)、第二微彎段(28)、圓弧彎曲段(23)、第一緩衝段(6)和第二緩衝段(7)，腔內整個光纖在主視圖上的投影呈η形，在俯視圖上的投影呈φ形，主光路前進方向上依次為入射光纖(15)、第一緩衝段(6)、第一微彎段(27)、圓弧彎曲段(23)、第二微彎段(28)、第二緩衝段(7)、出射光纖(16)。

腔頂(10)下方且位於透氣孔(4)兩側設有第一支架(3)和第二支架(9)，第一支架(3)和第二支架(9)下方分別設有第一導向管(2)和第二導向管(8)，管道(13)內設有第三支架(12)和第三導向管(11)，外殼(1)、第一支架(3)、第二支架(9)和第三支架(12)的材質均為鋁合金，第一導向管(2)、第二導向管(8)和第三導向管(11)的材質均為軟橡膠，第一導向管(2)、第二導向管(8)和第三導向管(11)上面均設有兩個孔，光纖按序分別穿入導向管的兩個孔中。

第二支架(9)和圓弧彎曲段(23)之間設有人字形第一橡筋(24)，第一橡筋(24)頂端通過頂結(25)與第二支架(9)底端連接，第一橡筋(24)的兩個底端通過底結(22)與圓弧彎曲段(23)連接，第一橡筋(24)與振動膜(21)之間的夾角在主視圖上為60°，圓弧彎曲段(23)利用第一微彎段(27)和第二微彎段(28)的光纖彈性依靠在振動膜(21)上方。

第一微彎段(27)和第二微彎段(28)之間設有第二橡筋(32)，第二橡筋(32)兩端通過腰結(31)分別與第一微彎段(27)和第二微彎段(28)連接，第二橡筋(32)與振動膜(21)的平面平行，第一橡筋(24)和第二橡筋(32)在鬆弛狀態時的直徑為0.35mm。

外殼(1)頂部中心位置設有透氣孔(4)，透氣孔(4)內嵌有海綿濾(5)，橡皮套(14)一端設有皮套末端(17)，外殼(1)底部設有用於將探頭吸附在鋼軌上的磁性蓋(20)，磁性蓋(20)底端設有用於防止探頭在鋼軌上滑動的防滑墊(33)，振動膜(21)下方中心位置設有有助於傳遞聲音的輕質墊片(26)，輕質墊片(26)的材質均為鋁，光纖為10μm/125μm單模裸纖。

所述的探頭是依據光纖微彎損耗原理，當鋼軌有異常聲時，聲音通過凡士林和輕質墊片(26)傳遞給振動膜(21)，振動膜(21)使第一微彎段(27)和第二微彎段(28)發生不同程度的彎曲，產生不同的微彎損耗，微彎損耗為第一微彎段(27)和第二微彎段(28)兩者的損耗之和，微彎損耗對光纖中的光信號產生了光強調製，且與鋼軌異常聲音的大小成比例關係，即探頭對鋼軌的異常聲起到了傳感作用。

由於採用上述技術方案，本發明所具有的優點和積極效果是：光纖傳感式鋼軌異常聲監聽探頭結構簡單、靈敏度較高、抗幹擾強、工作穩定、傳輸距離遠、動態範圍大、移動測量方便，探頭不受野外環境溫度、溼度、清潔度和電磁幹擾影響，不會因潮氣、灰塵、發黴等侵蝕而影響傳感器的性能，探頭能夠長時間使用。

附圖說明

本發明有如下3幅附圖：

圖1是本探頭的主視圖，

圖2是本探頭光纖結構的俯視圖之一，

圖3是本探頭光纖結構的俯視圖之二。

在附圖中所標各數字分別表示如下：

1.外殼，2.第一導向管，3.第一支架，4.透氣孔，5.海綿濾，6.第一緩衝段，7.第二緩衝段，8.第二導向管，9.第二支架，10.腔頂，11.第三導向管，12.第三支架，13.管道，14.橡皮套，15.入射光纖，16.出射光纖，17.皮套末端，18.凹槽，19.手柄，20.磁性蓋，21.振動膜，22.底結，23.圓弧彎曲段，24.第一橡筋，25.頂結，26.輕質墊片，27.第一微彎段，28.第二微彎段，29.腔口，30.羅口，31.腰結，32.第二橡筋，33.防滑墊。

具體實施方式

1.根據圖1至圖3，光纖傳感式鋼軌異常聲監聽探頭由外殼(1)、第一導向管(2)、第一支架(3)、透氣孔(4)、海綿濾(5)、第一緩衝段(6)、第二緩衝段(7)、第二導向管(8)、第二支架(9)、腔頂(10)、第三導向管(11)、第三支架(12)、管道(13)、橡皮套(14)、入射光纖(15)、出射光纖(16)、皮套末端(17)、凹槽(18)、手柄(19)、磁性蓋(20)、振動膜(21)、底結(22)、圓弧彎曲段(23)、第一橡筋(24)、頂結(25)、輕質墊片(26)、第一微彎段(27)、第二微彎段(28)、腔口(29)、羅口(30)、腰結(31)、第二橡筋(32)和防滑墊(33)組成。

2.其中入射光纖(15)、出射光纖(16)、第一微彎段(27)、第二微彎段(28)、圓弧彎曲段(23)、第一緩衝段(6)和第二緩衝段(7)構成光纖傳感機構，第一導向管(2)、第一支架(3)、第二導向管(8)、第二支架(9)、第三導向管(11)、第三支架(12)、底結(22)、頂結(25)、腰結(31)、第一橡筋(24)和第二橡筋(32)構成光纖定形機構，透氣孔(4)、海綿濾(5)、橡皮套(14)、皮套末端(17)、磁性蓋(20)、輕質墊片(26)和防滑墊(33)構成附屬機構。

3.所述探頭的腔內設有入射光纖(15)、出射光纖(16)、第一微彎段(27)、第二微彎段(28)、圓弧彎曲段(23)、第一緩衝段(6)和第二緩衝段(7)，腔內整個光纖在主視圖上的投影呈η形，在俯視圖上的投影呈φ形，主光路前進方向上依次為入射光纖(15)、第一緩衝段(6)、第一微彎段(27)、圓弧彎曲段(23)、第二微彎段(28)、第二緩衝段(7)、出射光纖(16)。

4.腔頂(10)下方且位於透氣孔(4)兩側設有第一支架(3)和第二支架(9)，第一支架(3)和第二支架(9)下方分別設有第一導向管(2)和第二導向管(8)，管道(13)內設有第三支架(12)和第三導向管(11)，外殼(1)、第一支架(3)、第二支架(9)和第三支架(12)的材質均為鋁合金，第一導向管(2)、第二導向管(8)和第三導向管(11)的材質均為軟橡膠，第一導向管(2)、第二導向管(8)和第三導向管(11)上面均設有兩個孔，光纖按序分別穿入導向管的兩個孔中。

5.第二支架(9)和圓弧彎曲段(23)之間設有人字形第一橡筋(24)，第一橡筋(24)頂端通過頂結(25)與第二支架(9)底端連接，第一橡筋(24)的兩個底端通過底結(22)與圓弧彎曲段(23)連接，第一橡筋(24)與振動膜(21)之間的夾角在主視圖上為60°，圓弧彎曲段(23)利用第一微彎段(27)和第二微彎段(28)的光纖彈性依靠在振動膜(21)上方。

6.第一微彎段(27)和第二微彎段(28)之間設有第二橡筋(32)，第二橡筋(32)兩端通過腰結(31)分別與第一微彎段(27)和第二微彎段(28)連接，第二橡筋(32)與振動膜(21)的平面平行，第一橡筋(24)和第二橡筋(32)在鬆弛狀態時的直徑為0.35mm。

7.外殼(1)頂部中心位置設有透氣孔(4)，透氣孔(4)內嵌有海綿濾(5)，橡皮套(14)一端設有皮套末端(17)，外殼(1)底部設有用於將探頭吸附在鋼軌上的磁性蓋(20)，磁性蓋(20)底端設有用於防止探頭在鋼軌上滑動的防滑墊(33)，振動膜(21)下方中心位置設有有助於傳遞聲音的輕質墊片(26)，輕質墊片(26)的材質均為鋁，所述的光纖為10μm/125μm單模裸纖。

8.第二橡筋(32)的作用是使腔內光纖的俯視投影圖定形成φ形，第一橡筋(24)除了起到定形作用外，最主要作用是便于振動膜(21)和磁性蓋(20)的安裝，在振動膜(21)和磁性蓋(20)通過羅口(30)裝上外殼(1)之前，使光纖段在主視圖上的投影定形成較寬的η形，即在振動膜(21)和磁性蓋(20)裝上外殼(1)之前，圓弧彎曲段(23)離第一緩衝段(6)和第二緩衝段(7)的距離較遠，圓弧彎曲段(23)與防滑墊(33)平齊，當動膜(21)和磁性蓋(20)裝上外殼(1)後，動膜(21)將η形光纖段有所壓扁，這樣才能保證圓弧彎曲段(23)利用第一微彎段(27)和第二微彎段(28)的光纖彈性緊依在振動膜(21)上方，使第一微彎段(27)和第二微彎段(28)能有效地工作。

9.使用時，先在軌道上選定測量點，在輕質墊片(26)表面上塗一層1～1.5mm厚的凡士林，然後利用磁性蓋(20)的吸鐵作用將探頭吸附在鐵軌軌腰的側面或鐵軌軌底的上方，凡士林可增強聲音的傳遞作用，防滑墊(33)可有效防止探頭在鋼軌振動時產生小的位移，磁性吸附的作用是便於探頭的移動測量。

10.所述的探頭是依據光纖微彎損耗原理，當鋼軌有異常聲時，聲音通過凡士林和輕質墊片(26)傳遞給振動膜(21)，振動膜(21)使第一微彎段(27)和第二微彎段(28)發生不同程度的彎曲，產生不同的微彎損耗，微彎損耗為第一微彎段(27)和第二微彎段(28)兩者的損耗之和，微彎損耗對光纖中的光信號產生了光強調製，且與鋼軌異常聲音的大小成比例關係，即探頭對鋼軌的異常聲起到了傳感作用。

11.根據探頭探測到的聲音並於經驗值比較，可以判斷鋼軌是否有凹陷，是否有裂縫，車輪軸承的鋼珠是否碎裂等。