Волоконно-оптический датчик для мониторинга железнодорожного пути
FIBER OPTICAL SENSOR FOR THE RAILWAY TRACK MONITORING

Изобретение относится к средствам контроля и диагностики и может быть использовано, в частности для определения наличия подвижных единиц на контролируемом участке.
Известен волоконно-оптический датчик для мониторинга железнодорожного пути, который при использовании укладывается вдоль контролируемого железнодорожного пути между подошвой рельса и поверхностью шпал в канавках резиновых подкладок (RU 2346839, B61L 1/00, 10.03.2008).
При практическом использовании волоконно-оптических датчиков возникает ряд проблем. Волоконно-оптические датчики на основе стекловолокна недостаточно прочные из-за их хрупкости, что часто приводит к выходу их из строя. Более устойчивые к механическим воздействиям   волоконно-оптические датчики на основе полимерных материалов. Однако они обладают худшими характеристиками проводимости сигналов, что вносит существенную ошибку при идентификации выходного сигнала датчика.
В связи с этим возникает задача создания датчика для мониторинга железнодорожного пути, в котором сила воздействия на него будет строго нормирована, т.е. не будет зависеть от массы подвижной единицы, от свойств грунта, температурного режима и других факторов.
В качестве прототипа выбран волоконно-оптический датчик давления, выполненный на основе оптического волокна, содержащего участки ввода и вывода излучения, а также участок, размещенный в пропускном канале резинового корпуса прямоугольного сечения, при этом участки ввода и вывода излучения оптического волокна пропущены через металлический рукав, а пропускной канал включает, по меньшей мере, один участок для размещения оптического кабеля параллельно основанию корпуса, выполненный в виде паза с рифленой поверхностью в основании, причем оптическое волокно в пазу прижато к вершинам выступов рифленой поверхности пластиной из термостойкой резины (RU 2420719, G01L11/02, (10.06.06). При использовании волоконно-оптического датчика давления, например, для измерения давления железнодорожного состава на рельсы корпус с чувствительными элементами устанавливают основанием на шпалу непосредственно под рельс. Входной участок кабеля подключают к источнику излучения, а выходной - к измерительной системе.
Недостатком волоконно-оптического датчика давления, как и вышеуказанного  датчика для мониторинга железнодорожного пути, является невысокая надежность работы, обусловленная воздействием на датчик ненормированной силой в процессе его работы, которая может привести либо к ошибке при идентификации выходного сигнала, либо к выходу его из строя.
Технический результат изобретения заключается в повышении надежности работы волоконно-оптического датчика за счет обеспечения нормированной силы воздействия на него в процессе его работы.
Технический результат достигается тем, что в волоконно-оптическом датчике для мониторинга железнодорожного пути, содержащем чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля, размещенного внутри корпуса, согласно изобретению корпус снабжен средством для крепления его к рельсу и выполнен в виде стакана с симметрично расположенными отверстиями в нижней части боковой стенки, через которые пропущен   волоконно-оптический кабель, удерживаемый эластичным наполнителем, которым заполнена нижняя часть полости корпуса, на поверхности эластичного наполнителя установлен цилиндрический элемент, взаимодействующий с подпружиненной головной частью датчика, у которой в центральное отверстие с резьбой ввернут шток с ограничителем, шток вставлен в центральное сквозное отверстие цилиндрического элемента, а между  ограничителем и цилиндрическим элементом установлена пружина с регулируемой жесткостью посредством штока.
На чертеже приведено схематическое изображение волоконно-оптического датчика для мониторинга железнодорожного пути.
Волоконно-оптический датчик для мониторинга железнодорожного пути содержит чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля 1, размещенного внутри корпуса 2, который снабжен средством 3 для крепления его к рельсу 4, корпус 2 выполнен в виде стакана с симметрично расположенными отверстиями в нижней части боковой стенки, через которые пропущен   волоконно-оптический кабель 1, удерживаемый эластичным наполнителем 5, которым заполнена нижняя часть полости корпуса 2, на поверхности эластичного наполнителя 5 установлен цилиндрический элемент 6, взаимодействующий с подпружиненной головной частью 7 датчика, у которой в центральное отверстие с резьбой ввернут шток 8 с ограничителем 9, шток 8 вставлен в центральное сквозное отверстие 10 цилиндрического элемента 6, а между  ограничителем 9 и цилиндрическим элементом 6 установлена пружина 11 с регулируемой жесткостью посредством штока 8.
Волоконно-оптический датчик для мониторинга железнодорожного пути работает следующим образом.
Волоконно-оптический датчик с помощью средства 3 прикреплен к рельсу 4. Такое средство крепления может быть выполнено в виде стержня, один конец которого приварен к корпусу 2 датчика, а другой конец стержня, на котором имеется резьба, проходит через отверстие в шейке рельсе  и закрепляется посредством гайки.
При движении подвижной единицы реборда ее колеса нажимает  на головную часть 7 датчика. В результате чего головная часть 7 датчика  вместе со штоком 8 перемещаются, оказывая давление на пружину 11, под воздействием которой перемещается цилиндрический элемент 6, сжимающий эластичный наполнитель 5 и находящийся в нем волоконно-оптический кабель 1. Так как волоконно-оптический датчик жестко прикреплен к рельсу, а перед началом эксплуатации волоконно-оптического датчика у него предварительно регулируется жесткость пружины 11 посредством вращения штока 8, то сила воздействия  на волоконно-оптический кабель 1 будет соответствовать заранее установленному при настройке значению. То есть сила давления на  волоконно-оптический кабель 1 при взаимодействии колеса подвижной единицы с датчиком будет строго нормирована (не зависеть от массы подвижной единицы, свойств грунта, температурного режима и др. факторов).
0
После проезда колеса (прекращения воздействия на датчик) эластичный наполнитель 5 восстанавливает свою первоначальную форму за счет внутренних свойств упругости и возвращает цилиндрический элемент 6 вместе с пружиной 11, головной частью 7 датчика и штоком 8 в первоначальное положение. В качестве эластичного наполнителя 5 может быть использован, например, материал из группы  эластомеров, обладающих высокоэластичными свойствами при температуре от -55 C и выше.
Отсутствие  чрезмерного давления на волоконно-оптический кабель исключает возможность его разрушения, а фиксированная величина силы нажатия на волоконно-оптический кабель позволяет получить стабильные параметры выходного сигнала датчика. Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает высокую надежность работы волоконно-оптического датчика в целом.