光纤光栅隧道火灾监控系统

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业光纤光栅火灾报警系统技术方案目录概述公路隧道火情监测概述隧道是公路、铁路、城市地铁等交通工程项目建设的关键部分，在隧道中进行实时、准确的火情监测对保障公共财产安全和人身安全有着十分重要的意义。根据温度的变化情况对隧道火情进行判断是最有效的监测手段。由于隧道要求对沿线的环境温度变化进行准确的定量、定位，所以，一些传统的测温技术已经远远不能满足工程的需要。比如常用的感温电缆在温度报警点的设置以及定位、定量、可重复使用性等方面有着严重缺陷，尤其是在长距离连续监测的情况下不能满足隧道火情监测的要求。针对本项目的特点我们建议对项目中的隧道线路监控采用美国通用电气EST3系列的火灾手动报警系统及配套光纤光栅自动探测子系统技术方案。在隧道内火灾报警系统采用自动检测和手动报警相结合的方式，检测隧道内的火险情况，并通过计算机系统或区域控制器根据检测到的火灾情况控制隧道风机、照明系统等，实时监测，实现报警联动，按照控制预案组织现场援救，以完全满足本项目隧道火情监测要求。隧道概况本次设计范围为大红山、胡洼山隧道。隧道长一个2040米，一个780米。本项目全线共设监控所1处。监控所可实施全线的交通管理，并对路段交通进行协调控制，并可进行交通及气象参数检测、隧道管理站上传的数据接收、控制、管理等。对主线的交通数据及其它各种参数进行汇总、统计、打印；向监控所传输图像和数据，并接受其指挥控制。光纤光栅火灾报警系统系统介绍FAS-3000光纤光栅隧道火灾监测系统基于光纤光栅温度传感技术，利用光纤光栅的温度敏感特性，通过隔离应力、应变的封装结构，实现对温度变化的精确测量。光纤光栅是近年来发展起来的一种新型传感技术，它是利用光纤芯层材料的光敏特性配合增敏处理，通过紫外曝光的方式在光纤芯层产生一段周期性的折射率变化，形成Bragg光栅结构。Bragg光栅具有窄带反射的特性，一个宽谱的入射光（带宽约40nm）经过光纤光栅后，只有满足波长匹配条件的极小谱宽的光信号被反射（3dB带宽约0.15nm），其余波长的光信号透射进入下一个光纤光栅，如图1所示。反射光的中心波长与Bragg光栅的栅格周期、光纤芯层的折射率成正比。图1光纤光栅温度传感原理图由于光纤材料自身的热胀冷缩和热光效应，当环境温度变化时，光纤光栅的栅格周期以及光纤芯层的折射率都会发生变化，使得光纤光栅的反射光中心波长随之改变。通过对反射光中心波长的数字化精确测量，既可获得待测温度的变化情况。一个典型的单通道光纤光栅传感系统如图2所示，若干个不同中心波长的光纤光栅传感器串联成一个传感器阵列，宽带光源发出的光信号经过光纤光栅传感器阵列反射后，进入到波长检测系统，完成光电信号的转换、采集和处理，获得每个传感器的温度测量值。作为整个光纤光栅传感系统的核心，波长检测系统的性能直接决定了整个传感系统的性能。图2光纤光栅传感系统示意图对光纤光栅反射光中心波长的检测有多种不同的方案，FAS-3000系统将反射光通过一个散射分光成像系统（如图3所示），利用光电探测器阵列获得整个40nm带宽范围内所有光纤光栅的反射光谱信息，利用独特的光谱分析技术，通过对光谱曲线的分析与处理，精确获得每个反射峰的中心波长值。结合预先设定传感器温度敏感参数，计算得到每个光纤光栅传感器所在位置的温度信息。整个波长检测系统无可动部件，相对可调谐滤波器波长解调方案，避免了由于可调谐滤波器压电陶瓷老化特性带来的长期稳定性问题，系统可靠性高，长期稳定性好。系统主要功能FAS-3000系统采用最新生产工艺，长期稳定性好，使用寿命长；光纤光栅信号处理器采用国际最先进地数字化解调技术，具有大容量实时在线信号采集处理和自检功能；监控计算机用户组态画面，可生动地显示传感器运行状况；系统可以综合各种安全监控参数，进行分析，有利于及时发现事故苗头，及时安全控制，实现生产和安全的双重监控功能。从传感器到控制室感温测量及信号传输全部采用光信号，实现无电检测，本质安全防爆；管理模块可实时显示各传感器的位置、温度信息，用户可通过此界面直观地了解设备的安全情况。系统特点FAS-3000光纤光栅隧道火灾监测系统是北京菲博泰光电科技有限公司根据公路、地铁隧道等消防安全监测的实际需求，结合先进的光纤光栅传感技术研制开发的新型温度监测报警系统。和其他感温火灾监测系统相比，本系统具有如下特点：本质安全，防燃防爆FAS-3000系统测温部分采用全光纤结构，真正实现了无源温度监测，自身不带电，不发热，不会因为传感系统的布设带来安全隐患。测温精度高整个温度传感系统的温度分辨率为0.1℃，温度测量精度为±2摄氏度响应时间短本系统采用并行光谱采集处理技术，每通道的测量时间与通道内的传感器个数无关，每通道的光谱数据采集实现小于2毫秒，加上数据处理以及与外部通信，每通道温度刷新时间不大于0.2秒，并且与温度分辨率、测量精度无关。实时在线监测本系统能够对隧道中所有测点的温度进行7x24小时不间断监测，并且可根据需要定时保存温度测量数据，为隧道的结构健康监测提供辅助数据。精确的空间定位光纤光栅温度传感属于准分布式温度测量，一个传感器与一个测点对应，并且每个传感器具有全局唯一性。通过监测软件可以精确确定发生过温报警的传感器位置，定位偏差仅为传感器布设间距的一半（约3米）。灵活的报警控制用户可以直接远程登录主机或通过远程监测软件，对整个火灾报警系统的报警参数进行设置，并可根据传感器位置及当期气候条件，对每个传感器的报警温度进行分别设置，也可设置多级报警条件，如温度预警、温升预警、温度报警和温升报警等，结合实测温度和温度变化情况对真实的火灾事故进行甄别，基本消除误报和漏报。完善的自我诊断功能本系统中每个光纤传感通道上的每个温度传感器具有波长唯一性，任何一个传感器的损坏包括断纤都可以监控软件中精确定位。系统每进行一次温度测量的同时进行系统的自我检测与诊断，实时发现传感器失效和光缆损坏，以便于及时的维修与维护。强大的软件功能远程监测软件通过网络与测温主机进行通信，在人机界面上实时显示每个温度测点的位置、温度值、温度变化情况等。当测量温度大于预设报警温度时，测温主机触发报警控制器动作，启动喷水降温装置或灭火装置，监控软件亦能触发软件界面的声光报警，提醒值班人员尽快处理。同时操作人员还可以对每个温度测点的历史温度数据、报警纪录进行多条件查询，生产安全运行报表等。系统适用范围高速公路隧道、越江隧道、湖底隧道、地铁隧道、电缆隧道和其他建筑物等的火灾探测是非常关键的，关系到人们生命、社会财产和社会稳定。火灾探测统称都是通过对温度的测量来实现的，传统火灾探测器经常会误报和漏报率高。分布式光纤光栅温度测量系统(FAS-3000)可以实现沿着光纤几十公里的连续分布式测量，不会漏过任何点，大大减小了误报和漏报的机率，非常适合于隧道等线型结构的火灾探测。同时该系统可以精确的定位，实时在线监测，得到温度的变化曲线图。此外，分布式光纤光栅温度监测系统以光信号为载体，不受电磁干扰，光信号本征安全，使用寿命长等优点。本公司的FAS-3000火灾探测系统代表着目前国际上最高的技术指标，其测量时间远远快于其他产品，可以在最快的时间内捕捉到火情。FAS-3000火灾探测系统可以实现最长50km的火灾探测，如此高端的系统特别适合于城市地铁、海底隧道和长距离隧道的火情监测系统运行环境系统在Windows操作系统下，采用SQL和Access2000后台数据库等开发软件进行研究和开发。运行的软件环境为WindowsXP/2000，对硬件环境无特别要求，采用通用的台式机或笔记本电脑即可，在线的要求有服务器和大型监测设备等。系统结构光纤光栅温度传感器可通过串联方式接入传输光缆中，也可以能过并联的方式接入传输光缆中，通过传输光缆将光栅的波长信息传给光纤光栅分析仪，光纤光栅分析仪将采集到的光信号转变为电信号进行数据分析处理或者输出给上位机系统优势（1） 实时性：全年365×24小时不间断在线监测，时刻保证所有监测点处于受监控状态，安全不受人为因素影响，将人员疏忽导致的事故几率降至最低。（2） 安全性：温度传感器无源，监测现场无电，不受强电场和强磁场的干扰。（3） 先进性：光纤光栅温度在线监测系统通过探测光纤传感器波长移动量采集数据，属于数字量测量，避免了传统传感器易受电源波动、传输线路损耗等干扰因素影响的问题。（4） 兼容性：监测仪自带以太网口，可与综合自动化系统、远程图像监控系统、消防系统等融为功能更加强大的综合系统，可与局域网、广域网、internet网及MIS系统方便连接，实现数据共享，简捷管理。（5） 准确性：数字式测量技术保证了测温精度和测温的重复性，测温精度达到±0.5℃，温度分辨率达到0.1（6） 灵活性：用户可根据自己的需求，灵活、方便地设置各种参数、控制量，可得到满意的、丰富的用户界面。（7） 稳定性：温度传感器本身为无源器件，仅对温度敏感，不受振动、冲击、位移、潮湿等因素的影响，温度感测及传送均为光信号，因而监测现场没有电子设备，不受电磁干扰，系统稳定可靠。（8） 长寿命：系统采用的元部件都是原用于通讯系统中的，通讯系统中所有器件寿命不低于25年，保守估计系统保证可靠运行15年。（9） 扩展性：一台主机从1路可扩充到128路，由于传感器安装方便，而且可以单线多路复用，可以根据客户和工程的需要，灵活的增设测温点。系统硬件功能实现FAS-3000光纤光栅隧道火灾监测系统主要由以下六部分组成：光纤光栅温度传感器阵列传输光缆信号处理系统火灾报警控制器手动报警模块光纤通信模块光纤光栅温度传感器阵列光纤光栅温度传感器阵列由一系列（10~18个）不同中心波长的光纤光栅温度传感器串联而成，相邻两个温度传感器间光缆长度5~10米，这样一条光纤光栅温度传感器“串”可以监测50~200米的空间范围。每个光纤光栅温度传感器由铠装尾缆、不锈钢套管、导热基底和光纤光栅四部分构成，如图4所示。铠装光缆提供足够的抗拉、抗压强度，保证温度传感器在施工现场的存活率；不锈钢套管对光纤光栅提供可靠的保护，与两端铠装光缆形成密闭结构，消除外界环境湿度、压力对光纤光栅的影响，同时不锈钢套管具有良好的导热特性；导热基底放置在不锈钢套管内，并且直接与光纤光栅接触，能够在尽可能短的时间内将外界的温度变化传递到光纤光栅上，提高传感器的响应速度。光纤光栅温度传感器结构示意图封装后的光纤光栅温度传感器封装后的光纤光栅温度传感器阵列温度传感器性能指标指

标参

数光栅中心波长1525～1565nm光栅反射率>85%标准量程-30℃～+100℃测量精度±0.5℃分辨率0.1℃封装形式不锈钢安装方式捆绑或埋入尾纤类型铠装光缆连接方式熔接或FC/PC外形尺寸（直径×长度）φ8×100mm传输光缆在较长的隧道中，远离测温主机的传感器阵列需要用传输光缆连接到测温主机。光缆内部光纤采用标准G652光纤，外部采用铠装保护，保证光缆线路在安装施工过程中不受损坏，同时抗拉、抗压、防鼠咬。传输光缆具体参数如下：光纤芯数光缆外径适用温度抗拉抗压自重最小弯曲半径169mm40~1201000N/短期500N/长期3000N/100mm2108Kg/Km90mm/短期180mm/长期信号处理系统（主机）测温主机包括宽带光源、多通道复用/解复用模块、波长解调模块和通信控制模块及部分构成。宽带光源发出的宽谱光信号经过多通道复用/解复用模块，进入光纤光栅温度传感器阵列，其反射光携带了每个测点的温度信息；反射光进入波长解调模块后，经过光电转换、模拟-数字转换和数字信号处理，得到当前通道每个传感器的中心波长值；通信控制模块结合预设的传感器温度敏感参数，将中心波长值转换为实际的温度值；如果测量温度之大于预设的报警温度，则通过RS485接口发送信号到报警控制器触发报警；主机同时还能响应来自控制中心监控软件的网络命令请求，将实测温度通过网络发送到监控中心。光纤光栅测温主机解调仪性能指标光学指标通道数16/（一个通道可带18个点）波长测量范围1525～1565nm波长分辨率1pm波长精度典型值：±3pm每通道测点数18，其他视传感器量程定扫描频率200Hz光纤接头FC/APC其他指标电

源220VAC接

口10M以太网工作温度0～40℃外形尺寸（长×宽×高）370×340×133mm监控软件监控软件运行在中心控制室的工控计算机上（支持Windows2000以上操作系统），利用TCP/IP协议通过网络与光纤光栅测温主机进行数据通信，获得测温主机采集到的所有温度传感器的温度数据；操作人员也可以在软件界面上方便的对系统分区、每个温度测点的报警温度等进行设置。软件界面如图所示。火灾报警控制器火灾报警控制器通过RS485接口与测温主机相连，接收来自测温主机的报警指令，对指令进行解码后控制响应的继电器动作；同时可以响应来自测温主机的数据请求，将所连接的手动报警器的状态数据上传至测温主机。每台火灾报警控制器有多个可扩展继电器输出，可以对多个不同类型的设备如通风、喷淋等进行联动控制。手动报警模块手动报警按钮用于现场人员发现火警后向火灾报警控制器发送报警信号，当人工确认发生火灾后，按下此钮，即可向火灾报警控制器发送报警信号，控制器接受到报警信号后，显示出报警按钮的编号或位置并发出警报。手动报警按钮直接连接到火灾报警控制器总线上。手动报警按钮采用明装和暗装的方式均可。光纤通信模块对于安装位置远离监控中心的测温主机，可以借助沿高速公路布设的光纤通信网络将测温主机的温度数据、报警数据及手动报警控制器的状态信息传输到控制中心。在测温主机端，需要用光端机将测温主机的LAN口输出电信号转换成某个信道光信号上传进入光纤通信网络；在监控中心端，通过光端机将对应信道的光信号转换成电信号下载到监控计算机，实现温度监测数据、报警信息的远程收发。系统软件功能实现温度视图状态显示框可以显示程序运行状态，当发生以上几种状态时状态框中也显示相应的文字，当参数缺少时也会提示用户修改参数。光谱视图通过对光普视图的分析可判断光纤光栅传感器的工作状态是否正常，光普视图可以显示出每一个传感器能量损失的高低及能量损耗点的大体位置，从而方便传感系统的维护。火灾报警系统针对本工程的实际环境情况，采用火灾手动报警系统及配套自动火灾探测子系统技术方案。在隧道内的设置手动报警按钮、控制控制、监视模块及配套自动探测系统。整个隧道火灾检测与报警系统由火灾报警主机、手动报警按钮、控制模块、监视模块、自动感温探测系统、隧道内的防火阀、温感、防火卷帘门、设置于配电所和中控室的光电感烟探测器、警铃等监控设备组成。主要设备选型火灾报警主机火灾报警控制器接受信号处理器和手动报警按钮以及感烟火灾探测器的信号，显示各个监测区的温度，在温度达到设定的报警值时启动报警程序，并将以上信息通过传输系统上传至隧道管理站计算机系统智能特征手动报警按钮系统方案总体监测方案本项目包括大红山、胡洼山隧道监控系统。针对现场的环境情况，采用光纤光栅温度监测系统实时监测大红山隧道、胡洼山隧道火情；整个隧道火灾检测与报警系统由火灾报警主机、光纤光栅火灾自动报警主机、手动报警按钮、设置于各配电所和中控室的光电感烟探测器、警铃、火灾计算机以及连接线缆等组成。整个系统采用总线制，在隧道洞口设备间及隧道中控室配置火灾报警主机，隧道洞口火灾报警主机与中控室火灾报警主机间可采用光纤，通过以太网传输。用以检测隧道内的火险情况，并通过计算机系统或本地控制器根据检测到的火灾情况控制隧道交通标志、风机和照明系统等。光纤光栅火灾自动报警主机通过协议模块通讯方式将所探测的隧道区域信号上传给火灾报警控制主机，隧道内的探测光纤光栅按180米一个防火分区，一个防火分区将占用火灾报警控制主机一个地址，光纤光栅每隔10米放置1个，每个通道可监测1个分区，每分区内放置温度传感器18只，大红山设置12个防火分区，胡洼山设置4个防火分区。系统总共设置16个防火分区，共计温度传感器28现场设备布置大红山隧道：隧洞长度隧道2100隧道口安装1套16通道光纤光栅信号处理器，需12条光纤光栅感温火灾探测器，并通过光栅协议模块联动火灾报警控制器。每通道通过通讯光缆挂接一根光纤光栅感温火灾探测器，探测单元间距10米。胡洼山隧道：隧洞长度左隧道750该隧道与胡洼山隧道共用1套16通道光纤光栅信号处理器，需4条光纤光栅感温火灾探测器，并通过光栅协议模块联动火灾报警控制器。每通道通过通讯光缆挂接一根光纤光栅感温火灾探测器，探测单元间距10米。系统安装光纤光栅火灾自动报警主机（FAS-3000）放置于隧道洞内的变电站，光纤光栅安装如下：探测光栅的一端连接在FAS-3000光纤光栅温度监测系统主机相对应的光纤接口上，另一端沿电缆沟进入一线隧道的顶部的，探测光纤光栅悬吊直线敷设至此线隧道的顶部。手动报警按钮按50米一个布设，设置在隧道侧壁，通过双绞线串接，并连接到控制室的火灾报警控制器。当某个手动报警按钮被按下时，火灾报警控制器立即测出该按钮的位置，并将报警信号传送给上位机，经上位机发出指令采取灭火或降温等措施。系统安装结构图备注：解调设备安放于隧道1公里外的监控室内。解调设备和隧道之间通过一跟16芯光缆进行连接。隧道内的传感器每4个传感阵列通过一根4芯光缆与16芯光缆连接。每根光纤为一个传感通道，每通道有传感器18只，传感器之间间隔10米，每通道监控的分区长度180米FAS-3000系统主要由以下部分组成，各部分的主要作用分述如下。光纤光栅传感器（FAS-3000A光纤光栅传感器是FAS-3000系统的温度敏感元件，由检测探头和连接光缆组成；多个检测探头之间用连接光缆相互串接，形成线型结构，悬吊敷设于隧道顶部。其主要作用为检测现场环境温度，实时传递温度信息给信号处理器。传输光缆及光缆接续盒传输光缆将位于控制室内信号处理器和隧道内的光纤光栅探测器连接在一起，用来传输光信号。光缆接续盒用来保护光纤接头的熔合点和光纤连接法兰，使之能在恶劣环境下正常工作。FAS-3000信号处理器：信号处理器的主要作用为：（1）给现场光纤光栅探测器提供光源；（2）对光纤光栅探测器返回的光信号进行解调；（3）向区域火灾报警控制器输出报警信号和温度信号；（4）本身进行声光报警。手动报警按钮手动报警按钮用于现场人员发现火警后向火灾报警控制器发送报警信号，当人工确认发生火灾后，按下此钮，即可向区域火灾报警控制器发送报警信号，控制器接受到报警信号后，显示出报警按钮的编号或位置并发出警报。火灾报警控制器区域火灾报警控制器接收来自信号处理器和手动火灾报警按钮的信号，并通过标准通信端口将信号传送到控制中心的计算机系统，接受控制中心的指令实施对风机、照明和车道检测器、交通信号灯等设备的控制；在和控制中心通信中断时，可以本地控制。光纤光栅及火灾报警的安装方式路隧道项目常用对隧道空间的温度探测方法是将光纤光栅吊装于隧道顶部中央，这样的话，可以保证光纤光栅至两根车道上的行驶车辆相等，也就是说，可以保证光纤光栅对两根车道空间的探测灵敏度一致。此时隧道内的设备布置截面如下图所示：各部分的具体实现如下：1) 探测器部分：探测器通常安装在隧道顶部，据天花板100mm到150mm，以保证光缆周围良好的空气流动。先用固定支架将钢索固定，支架采用膨胀螺栓固定在隧道中间顶部，其纵向间距10M2