光纤传感式钢轨异常声监听探头的制作方法

本发明涉及一种钢轨异常声传感器，尤其涉及一种光纤传感式钢轨异常声监听探头，属于铁路轨道检测技术领域。

背景技术：

光纤钢轨异常声传感器由于其传输距离远，不受电磁环境干扰，已被广泛应用，其调制形式主要有强度调制型、光纤光栅型和干涉型等，目前在光纤钢轨异常声传感器方面已有较多专利技术，这些光纤钢轨异常声传感器各有其优点，有的灵敏度很高，有的频率响应很好，有的技术含量很高，都能很好适应常见的轨道声音信号转换，这些光纤钢轨异常声传感器的共同点是：(1)入射光纤到出射光纤之间有的有断裂，光信号不能连续传输，容易受环境温度、湿度和清洁度影响；(2)野外使用寿命有限，当光纤端面或光栅缝隙受到潮气、灰尘和发霉等侵蚀时，传感器的灵敏度和准确性会受到严重影响，有的甚至会失灵；(3)移动测量困难，需要松紧螺丝来改变传感器的位置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、移动测量方便、能够在复杂野外环境条件下的长时间使用且能稳定工作的光纤传感式钢轨异常声监听探头。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：光纤传感式钢轨异常声监听探头由外壳(1)、第一导向管(2)、第一支架(3)、透气孔(4)、海绵滤(5)、第一缓冲段(6)、第二缓冲段(7)、第二导向管(8)、第二支架(9)、腔顶(10)、第三导向管(11)、第三支架(12)、管道(13)、橡皮套(14)、入射光纤(15)、出射光纤(16)、皮套末端(17)、凹槽(18)、手柄(19)、磁性盖(20)、振动膜(21)、底结(22)、圆弧弯曲段(23)、第一橡筋(24)、顶结(25)、轻质垫片(26)、第一微弯段(27)、第二微弯段(28)、腔口(29)、罗口(30)、腰结(31)、第二橡筋(32)和防滑垫(33)组成。

其中入射光纤(15)、出射光纤(16)、第一微弯段(27)、第二微弯段(28)、圆弧弯曲段(23)、第一缓冲段(6)和第二缓冲段(7)构成光纤传感机构，第一导向管(2)、第一支架(3)、第二导向管(8)、第二支架(9)、第三导向管(11)、第三支架(12)、底结(22)、顶结(25)、腰结(31)、第一橡筋(24)和第二橡筋(32)构成光纤定形机构，透气孔(4)、海绵滤(5)、橡皮套(14)、皮套末端(17)、磁性盖(20)、轻质垫片(26)和防滑垫(33)构成附属机构。

所述探头的腔内设有入射光纤(15)、出射光纤(16)、第一微弯段(27)、第二微弯段(28)、圆弧弯曲段(23)、第一缓冲段(6)和第二缓冲段(7)，腔内整个光纤在主视图上的投影呈η形，在俯视图上的投影呈φ形，主光路前进方向上依次为入射光纤(15)、第一缓冲段(6)、第一微弯段(27)、圆弧弯曲段(23)、第二微弯段(28)、第二缓冲段(7)、出射光纤(16)。

腔顶(10)下方且位于透气孔(4)两侧设有第一支架(3)和第二支架(9)，第一支架(3)和第二支架(9)下方分别设有第一导向管(2)和第二导向管(8)，管道(13)内设有第三支架(12)和第三导向管(11)，外壳(1)、第一支架(3)、第二支架(9)和第三支架(12)的材质均为铝合金，第一导向管(2)、第二导向管(8)和第三导向管(11)的材质均为软橡胶，第一导向管(2)、第二导向管(8)和第三导向管(11)上面均设有两个孔，光纤按序分别穿入导向管的两个孔中。

第二支架(9)和圆弧弯曲段(23)之间设有人字形第一橡筋(24)，第一橡筋(24)顶端通过顶结(25)与第二支架(9)底端连接，第一橡筋(24)的两个底端通过底结(22)与圆弧弯曲段(23)连接，第一橡筋(24)与振动膜(21)之间的夹角在主视图上为60°，圆弧弯曲段(23)利用第一微弯段(27)和第二微弯段(28)的光纤弹性依靠在振动膜(21)上方。

第一微弯段(27)和第二微弯段(28)之间设有第二橡筋(32)，第二橡筋(32)两端通过腰结(31)分别与第一微弯段(27)和第二微弯段(28)连接，第二橡筋(32)与振动膜(21)的平面平行，第一橡筋(24)和第二橡筋(32)在松弛状态时的直径为0.35mm。

外壳(1)顶部中心位置设有透气孔(4)，透气孔(4)内嵌有海绵滤(5)，橡皮套(14)一端设有皮套末端(17)，外壳(1)底部设有用于将探头吸附在钢轨上的磁性盖(20)，磁性盖(20)底端设有用于防止探头在钢轨上滑动的防滑垫(33)，振动膜(21)下方中心位置设有有助于传递声音的轻质垫片(26)，轻质垫片(26)的材质均为铝，光纤为10μm/125μm单模裸纤。

所述的探头是依据光纤微弯损耗原理，当钢轨有异常声时，声音通过凡士林和轻质垫片(26)传递给振动膜(21)，振动膜(21)使第一微弯段(27)和第二微弯段(28)发生不同程度的弯曲，产生不同的微弯损耗，微弯损耗为第一微弯段(27)和第二微弯段(28)两者的损耗之和，微弯损耗对光纤中的光信号产生了光强调制，且与钢轨异常声音的大小成比例关系，即探头对钢轨的异常声起到了传感作用。

由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：光纤传感式钢轨异常声监听探头结构简单、灵敏度较高、抗干扰强、工作稳定、传输距离远、动态范围大、移动测量方便，探头不受野外环境温度、湿度、清洁度和电磁干扰影响，不会因潮气、灰尘、发霉等侵蚀而影响传感器的性能，探头能够长时间使用。

附图说明

本发明有如下3幅附图：

图1是本探头的主视图，

图2是本探头光纤结构的俯视图之一，

图3是本探头光纤结构的俯视图之二。

在附图中所标各数字分别表示如下：

1.外壳，2.第一导向管，3.第一支架，4.透气孔，5.海绵滤，6.第一缓冲段，7.第二缓冲段，8.第二导向管，9.第二支架，10.腔顶，11.第三导向管，12.第三支架，13.管道，14.橡皮套，15.入射光纤，16.出射光纤，17.皮套末端，18.凹槽，19.手柄，20.磁性盖，21.振动膜，22.底结，23.圆弧弯曲段，24.第一橡筋，25.顶结，26.轻质垫片，27.第一微弯段，28.第二微弯段，29.腔口，30.罗口，31.腰结，32.第二橡筋，33.防滑垫。

具体实施方式

1.根据图1至图3，光纤传感式钢轨异常声监听探头由外壳(1)、第一导向管(2)、第一支架(3)、透气孔(4)、海绵滤(5)、第一缓冲段(6)、第二缓冲段(7)、第二导向管(8)、第二支架(9)、腔顶(10)、第三导向管(11)、第三支架(12)、管道(13)、橡皮套(14)、入射光纤(15)、出射光纤(16)、皮套末端(17)、凹槽(18)、手柄(19)、磁性盖(20)、振动膜(21)、底结(22)、圆弧弯曲段(23)、第一橡筋(24)、顶结(25)、轻质垫片(26)、第一微弯段(27)、第二微弯段(28)、腔口(29)、罗口(30)、腰结(31)、第二橡筋(32)和防滑垫(33)组成。

2.其中入射光纤(15)、出射光纤(16)、第一微弯段(27)、第二微弯段(28)、圆弧弯曲段(23)、第一缓冲段(6)和第二缓冲段(7)构成光纤传感机构，第一导向管(2)、第一支架(3)、第二导向管(8)、第二支架(9)、第三导向管(11)、第三支架(12)、底结(22)、顶结(25)、腰结(31)、第一橡筋(24)和第二橡筋(32)构成光纤定形机构，透气孔(4)、海绵滤(5)、橡皮套(14)、皮套末端(17)、磁性盖(20)、轻质垫片(26)和防滑垫(33)构成附属机构。

3.所述探头的腔内设有入射光纤(15)、出射光纤(16)、第一微弯段(27)、第二微弯段(28)、圆弧弯曲段(23)、第一缓冲段(6)和第二缓冲段(7)，腔内整个光纤在主视图上的投影呈η形，在俯视图上的投影呈φ形，主光路前进方向上依次为入射光纤(15)、第一缓冲段(6)、第一微弯段(27)、圆弧弯曲段(23)、第二微弯段(28)、第二缓冲段(7)、出射光纤(16)。

4.腔顶(10)下方且位于透气孔(4)两侧设有第一支架(3)和第二支架(9)，第一支架(3)和第二支架(9)下方分别设有第一导向管(2)和第二导向管(8)，管道(13)内设有第三支架(12)和第三导向管(11)，外壳(1)、第一支架(3)、第二支架(9)和第三支架(12)的材质均为铝合金，第一导向管(2)、第二导向管(8)和第三导向管(11)的材质均为软橡胶，第一导向管(2)、第二导向管(8)和第三导向管(11)上面均设有两个孔，光纤按序分别穿入导向管的两个孔中。

5.第二支架(9)和圆弧弯曲段(23)之间设有人字形第一橡筋(24)，第一橡筋(24)顶端通过顶结(25)与第二支架(9)底端连接，第一橡筋(24)的两个底端通过底结(22)与圆弧弯曲段(23)连接，第一橡筋(24)与振动膜(21)之间的夹角在主视图上为60°，圆弧弯曲段(23)利用第一微弯段(27)和第二微弯段(28)的光纤弹性依靠在振动膜(21)上方。

6.第一微弯段(27)和第二微弯段(28)之间设有第二橡筋(32)，第二橡筋(32)两端通过腰结(31)分别与第一微弯段(27)和第二微弯段(28)连接，第二橡筋(32)与振动膜(21)的平面平行，第一橡筋(24)和第二橡筋(32)在松弛状态时的直径为0.35mm。

7.外壳(1)顶部中心位置设有透气孔(4)，透气孔(4)内嵌有海绵滤(5)，橡皮套(14)一端设有皮套末端(17)，外壳(1)底部设有用于将探头吸附在钢轨上的磁性盖(20)，磁性盖(20)底端设有用于防止探头在钢轨上滑动的防滑垫(33)，振动膜(21)下方中心位置设有有助于传递声音的轻质垫片(26)，轻质垫片(26)的材质均为铝，所述的光纤为10μm/125μm单模裸纤。

8.第二橡筋(32)的作用是使腔内光纤的俯视投影图定形成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动膜(21)和磁性盖(20)的安装，在振动膜(21)和磁性盖(20)通过罗口(30)装上外壳(1)之前，使光纤段在主视图上的投影定形成较宽的η形，即在振动膜(21)和磁性盖(20)装上外壳(1)之前，圆弧弯曲段(23)离第一缓冲段(6)和第二缓冲段(7)的距离较远，圆弧弯曲段(23)与防滑垫(33)平齐，当动膜(21)和磁性盖(20)装上外壳(1)后，动膜(21)将η形光纤段有所压扁，这样才能保证圆弧弯曲段(23)利用第一微弯段(27)和第二微弯段(28)的光纤弹性紧依在振动膜(21)上方，使第一微弯段(27)和第二微弯段(28)能有效地工作。

9.使用时，先在轨道上选定测量点，在轻质垫片(26)表面上涂一层1～1.5mm厚的凡士林，然后利用磁性盖(20)的吸铁作用将探头吸附在铁轨轨腰的侧面或铁轨轨底的上方，凡士林可增强声音的传递作用，防滑垫(33)可有效防止探头在钢轨振动时产生小的位移，磁性吸附的作用是便于探头的移动测量。

10.所述的探头是依据光纤微弯损耗原理，当钢轨有异常声时，声音通过凡士林和轻质垫片(26)传递给振动膜(21)，振动膜(21)使第一微弯段(27)和第二微弯段(28)发生不同程度的弯曲，产生不同的微弯损耗，微弯损耗为第一微弯段(27)和第二微弯段(28)两者的损耗之和，微弯损耗对光纤中的光信号产生了光强调制，且与钢轨异常声音的大小成比例关系，即探头对钢轨的异常声起到了传感作用。

11.根据探头探测到的声音并于经验值比较，可以判断钢轨是否有凹陷，是否有裂缝，车轮轴承的钢珠是否碎裂等。