光纤感温探测系统在隧道消防保护中的应用

光纤感温探测系统在隧道消防保护中的应用l隧道的火灾灾危险地下轨道交交通正日益成成为各大城市市解决交通堵堵塞的重要手手段．地下隧隧道是其唯一一的交通通道道。同时，高高速公路也正正成为今日社社会的经济命命脉，公路隧隧道更是其咽咽喉重地。大大量的人员及及货物夜以继继日的通过它它们运送到各各地，其高负负荷运行使其其系统易损坏坏，任何细小小的事故都将将导致严重的的后果。火灾，是公公路隧道以及及地下铁路隧隧道所面临的的高度危险之之一。现代化化交通系统的的迅速发展，大大大增加了隧隧道火灾的潜潜在危险。(例如：隧道道长度的不断断增加，双向向行车道，高高危险性的货货物，隧道内内由于大交通通流量而日益益增加的火灾灾荷载等等因因素。)鉴于隧道内内环境特殊，火火灾一旦发生生，往往会一一发不可收拾拾；并且由于于缺乏逃生设设施及救护人人员，加之司司机与乘客惊惊慌失措，很很可能造成重重大伤亡。2隧道的火灾灾特点发生在隧道道中的火灾，多多数是开放性性火灾，它带带有浓烟，其其热辐射率为为数兆瓦级，在在数分钟内便便可形成火灾灾。经广泛的试试验(包括路面车车辆和地铁列列车)，一起火灾灾通常在8—10分钟完全形形成。对于大大型货运卡车车，大约为20-30分钟。当有有燃料泄漏并并形成坑／池池时，火灾在在1-3分钟内完全全形成。“隧道火灾”实例的测试试显示，在大大约5分钟之后，车车辆火灾的温温度升至大约约200摄氏度。在这些发现现的基础上，我我们得出如下下结果：当隧隧道中发生一一起严重的火火灾，在最先先的4分钟内，在在火灾点上方方的热空气层层可以探测到到温度每分钟钟上升大于50摄氏度。隧道通风将将产生特定的的影响。一般般的测试都显显示，在大于于2m／s的纵向风时时，一辆汽车车或列车火焰焰向上飘动，顶顶部的温度仅仅达到60摄氏度。并并且，在距火火灾发生地20米远的地点点，顶部温度度将降到50摄氏度以下下。因此，在在高速气流时时热幅射的升升温梯度是唯唯一的报警相相关标准。隧道内风速速的影响可以以参见西门子子楼宇科技公公司在瑞士的的哈葛伯奇试试验隧道所得得到的测试数数据。在有消防通通风系统时，为为确保排烟空空气流速必须须增加至大于于3m／s。另一方面面，这增加了了5个单位的燃燃烧速率，并并且对隧道顶顶部的热空气气层将更具破破坏性。一些些更先进的通通风系统，在在火灾发生时时，从隧道火火灾发生位置置的顶部排烟烟。为此应只只开启火灾发发生位置的通通风口，并关关闭新风系统统。为了确保火火灾报警的可可靠且无误报报，火灾探测测系统应能记记录开放式火火灾的辐射区区域，这是极极其重要的。此此外由于表面面热幅射所传传递的热量要要比热气体的的热对流交换换所传递的快快一些，所以以火灾探测系系统应能迅速速探测温度变变化。而最新新的光纤感温温探测系统，提提供了几近完完美的探测性性能。3光纤感温探探测系统介绍绍3．1工作原理理经过物理实实验得知诸如如温度、压力力和张力等对对玻璃纤维会会造成影响，并并且能够局部部地改变光纤纤中的光线传传导特性，从从而光线在传传导中会产生生散射，并会会在石英玻璃璃纤维中衰减减，外部物理理影响的位置置就能够被确确定，这样光光纤就能够作作为一种线性性的传感器。光纤感温探探测系统是一一套利用光纤纤作为线性感感温探测器的的高新技术，其其基本原理是是利用光纤中中石英分子键键会受温度上上升而产生晶晶格振动。这这种振动会导导致在光纤中中传输的光产产生散射(喇曼散射及R．aylei曲散射)，而散射量量的大小可以以直接反应温温度的高低。因因此光纤感温温探测系统可可以将环境温温度以连续的的线性方式表表示出来。光光纤感温探测测系统的另一一个崭新的技技术是可以准准确地定位温温度变化的确确切位置。系系统通过OTDK、OF'DRR(光时域及光光频域反射测测量法)及连续FFT(快速傅立叶叶变换)对讯息进行行外理，将微微小的时空差差别以频率方方式体现出来来实现精确定定位，从而构构成一套精密密的光纤线性性感温探测系系统。光纤感温探探测系统包括括一个分析单单元(频率生成器器、激光源、光光模、HF合成器和微微处理器)以及一个石石英光纤缆(LG)作为线性温温度传感器。3．2特性在隧道交通通领域，光纤纤传感器线缆缆是一种理想想的解决办法法。因为：一它不包含含任何电子器器件，所以不不会受到任何何种类的电磁磁干扰的影响响。一光纤传感感线缆设计了了优异的耐用用性(可以预期大大约50年的服务寿寿命)，所以对环环境影响如温温度，压力和和湿度波动极极具抵抗力，同同样也适用于于多尘和含有有腐蚀性物质质的空气中。一安装传感感线缆和维护护都十分容易易，在线缆有有损伤的地方方可以像修复复普通光纤一一样接合。一传感线缆缆能够不受限限制地切割成成要求的长度度，为每一个个工程提供所所需的长度，最最长可达4千米。同时，光纤纤感温探测系系统能够：一精确定位位火灾位置，对对隧道可进行行大范围的或或局部范围的的显示。一指明火灾灾蔓延方向和和速率。一激活预先先编制的联动动控制顺序比比如通风，疏疏散指示，交交通信号灯，灯灯光调整等，并并通过通讯接接口与其它控控制系统进行行联动。自20世纪纪80年代末，装装于不锈钢管管中的石英玻玻璃纤维制成成光缆开始用用于信息传输输(网络控制)，而不会受受到电磁干扰扰。这种光纤纤系统不仅适适用于传输信信息，还可作作为局域分布布的测量传感感器。光纤感温探探测系统是一一个线性感温温探测器，属属于最新一代代光纤传感器器，其最大优优点归功于它它的精确测量量特性，它特特别适合用于于公路(铁路)隧道以及类类似场合的火火灾危险监视视装置。光纤感温探探测系统已经经多年成功地地应用于许多多领域，尤其其是公路(铁路)隧道领域。4系统结构光纤感温探探测系统有如如下结构：一传感线缆缆(最长4千米)-OTS控控制器配有激激光发生器，测测量信号评估估和软件一外部电源源24VDDC／100W(操作于230VAAC)一整个光纤纤感温探测系系统提供10个无电压，报报警和故障输输出，闭合触触点可用于连连接9个主要区域域报警，1个通常故障障一4个无电电压输人用于于：报警的复复位，外部报报警，监控一与pcRRS232))连接，在调调试时设置优优化操作参数数。带有调试试程序的PC在操作时或或分离或连接接一将一台PPC连接于接口口，用来显示示设定区域和和线缆沿线的的温度图形显显示。4．1光纤感温温线缆传感线缆有有一个外径为为1．65mm的钢管。钢钢管包含两根根独立的石英英玻璃光纤，每每一根的外径径为0．25mm。光纤颜色色不同以便于于标识。剩余余空间用无水水导热材料填填充。钢管由一个个绝缘塑料护护套包围，该该护套直径最最大可8mm。该护套使使在安装时操操作更为简便便并且提高机机械稳定性和和热幅射的灵灵敏性。为辨辨识报警分区区的设定，传传感线缆表面面印有连续的的长度米数数数字。感温线缆特特性一圆形线缆缆，2芯多模光纤纤装于高质量量的钢套之中中一光纤内核核62．5~m一光纤覆层层125~mm一钢套1．．65mm一绝缘层88mm一线缆长度度最长4000mm一弯曲半径径最小60mm一拉力在安装过程程中最大200N在使用过程程中最大125N一绝缘材料料HDPE(高密度聚乙乙烯)，无囟素，红红色一测量温度度范围：-30摄氏度至+90摄氏度，短短时间(<5分钟)120摄氏度一200摄摄氏度以下工工作一服务寿命命50年一对以下干干扰不会受到到影响一电磁干扰扰一通风开启启，电缆，广广播系统，移移动电话系统统，广播天线线等等一温度波动动一湿度变化化一压力波动动一腐蚀性气气体一侵蚀性化化学品一紫外线幅幅射4．2OTSS控制器控制器为模模块化设计，含含有以下子模模块：一LF：带带有激光源的的频率发生器器一PS：开开关电源一CC：CCPU及通讯RS2322一OD：带带有光纤与探探测器的光模模块OTS控制制器使用24V直流电源。它有9个报报警输出和1个故障输出出。在调试过过程中，OTS控制器可以以经由一个PC机来设定参参数。所测量量的参数装载载人控制器的的软件中，该该PC还带有调试试软件。所测的数据据经由一台PC机的显示软软件可进行操操作显示。显显示界面如图图所示。5光纤感温探探测系统功能能光纤感温探探测系统具有有如下控制功功能：5．1测量多种种参数光纤感温探探测系统测量量程序能够测测量隧道内的的温度变化。能能够选择连续续测量的空间间分辨率。更更好的空间分分辨率需要控控制器来测试试整个感温线线缆。当系统有44千米的传感感线缆时，空空间分辨率的的选择和测量量周期延长将将明显地影响响探测时间。测测试和理论分分析显示测量量周期为30秒至60秒。光纤感感温探测系统统的测量周期期和空间分辨辨率可以在调调试时决定。5．2设定区域域整条线缆的的长度能够按按不同的要求求分成不同的的区域(例如监视，通通风，照明区区域)。一个区域域是传感线缆缆上一个不间间断的长度区区间。区域能能够按要求定定义。甚至可可以相互重叠叠。最大可以以有128个分区。每每一个分区能能够分配独立立的激活参数数和联动输出出。5．3报警激活活光纤感温探探测系统OTS控制器以周周期性的间隔隔测量传感线线缆的温度。测测试周期取决决于传感线缆缆的长度和空空间分辨距离离，比如，最最长的测量周周期时间在4，000米传感线缆缆且以3米为空间分分辨距离时。一一个测量周期期完成之后激激活报警。在一个分区区中当以下3个报警标准准有一个以上上满足时，报报警将被激活活(典型缺省设设置)：一最高温度度每分区58摄氏度一温度梯度度每分区8摄氏度／分分钟一温度差异异在一个测量量位置和分区区平均值15摄氏度这些设定与与每一个分区区相关并且能能够对每一个个分区根据隧隧道条件独立立调整。测量量的周期时间间在30秒至60秒之间。为了确保尽尽可能地避免免误报警，当当一个报警信信息在一个测测量周期出现现时，将在下下一个测量周周期作再次确确认。所以报报警激活一般般需要2个测量周期期。在极端的的情况下，报报警激活可以以多于2个测量周期期。5．4报警显示示报警能够如如下显示一带有输出出报警的接点点(提供给火警警报警及控制制系统)一分区温度度报警5．5设定火灾灾规模可设定5种种规模，每一一种用米作单单位来分配大大小。火灾规规模可以清楚楚显示。5．6显示火灾灾蔓延方向绝大多数在在隧道中的火火灾向这一个个方向或向另另一方向蔓延延，这取决于于热量，燃烧烧性气体的扩扩张和当时通通风状况。一一旦得知火灾灾的蔓延方向向，消防部门门，救护队员员等就能够从从最小危险的的一端进入。以以避免造成人人员伤亡。火灾蔓延有3种种可能性：一火灾是静静态的一火灾向OOTS控制器蔓延延一火灾向OOTS控制器反方方向蔓延火灾蔓延方方向能够以信信号方式传送送给控制中心心。6光纤感温探探测系统在隧隧道中的使用用在实际工程程使用中，光光纤感温探测测系统光纤控控制主机设置置于地铁站台台或公路(铁路)隧道的消防防控制室内，引引出一路光纤纤监控整个隧隧道，探测距距离可达4000m。主机提供RS232及数字信号号接口，可通通过COM接口或Modem将信号传送送至OTS-PPC监控系统，使使用图文方式式显示隧道内内温度状况及及火焰蔓延方方向。遂道中光纤纤线缆传感器器安装在遂道道顶部，居中中布置，光纤纤外套上有每每米的长度标标识，可方便便与遂道长度度对照。光纤纤采用高强度度尼龙夹固定定，尼龙夹的的设置建议每每米一个(参考值为