HO-3000光纖光柵 隧道火災監(jiān)測系統(tǒng)技術方案是我司研發(fā)的基于光纖光柵傳感技術的新型火災監(jiān)測報警系統(tǒng),，通過實時檢測光纖光柵溫度傳感器中心波長信號，實現(xiàn)隧道內(nèi)部多個測點的溫度在線監(jiān)測和火災報警,。

 

HO-3000光纖光柵

隧道火災監(jiān)測系統(tǒng)技術方案

 

 

 

 

 

 

                                                         

HO-3000光纖光柵隧道火災監(jiān)測系統(tǒng)

一.系統(tǒng)概述

HO-3000光纖光柵隧道火災監(jiān)測系統(tǒng)是我司研發(fā)的基于光纖光柵傳感技術的新型火災監(jiān)測報警系統(tǒng),，通過實時檢測光纖光柵溫度傳感器中心波長信號,，實現(xiàn)隧道內(nèi)部多個測點的溫度在線監(jiān)測和火災報警,。

光纖光柵傳感器具有體積小,、重量輕,、無源檢測,、防電磁干擾,、阻燃防爆、易于遠程監(jiān)測等優(yōu)點,，采用光纖光柵溫度傳感器的火災監(jiān)測系統(tǒng)具備以下*優(yōu)點：

1. 將測點的溫度變化轉換成光纖光柵中心波長的變化,，通過對光波波長的測量，獲得測點的溫度信息,，從本質上消除了系統(tǒng)光功率波動,、傳輸鏈路損耗變化對測量精度的影響，定溫定位更加穩(wěn)定精準,。
2. *的光柵技術：使傳感器的中心波長與安裝位置一一對應,，可以精確確定每個監(jiān)測點位火災的位置和溫度曲線變化，易于確定事故位置,。
3. 測量精度高,，響應時間短。測溫精度可達±1℃，溫度采樣時間小于0.2秒,。
4. 傳感器具有良好的重復性,，長期穩(wěn)定性好。
5. 具有定溫和溫升速率預警功能：在火情發(fā)生前期,，溫度變化異常情況時及時提前預警并報警,，提前防范火情于未然，真正意義上做到實時火情監(jiān)控,，為人生生命和國家物資財產(chǎn)安全作出特殊的監(jiān)測貢獻,。
6. 標準的以太網(wǎng)接口，且通信協(xié)議可以開放,，利于上位機的軟件兼容,。

HO-3000光纖光柵隧道火災監(jiān)測主機通過以太網(wǎng)絡與監(jiān)控計算機進行通信，可實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控,；通過繼電器接口與報警控制器相連,，實現(xiàn)分區(qū)、分測點過溫報警,；通過多級可配置報警溫度設置,，實現(xiàn)火災預警與報警。另外,，系統(tǒng)的調(diào)試、區(qū)域設置,、報警參數(shù)設置等操作均可在測溫主機或遠程監(jiān)控計算機上完成,，操作、維護方便,。

此外,，技術方案中的核心器件，選用*例獨有的掃描激光器,，優(yōu)于傳統(tǒng)廠家核心部件的可動機械部件,，整個設備不含任何可動的機械部件，穩(wěn)定可靠,，壽命可長達30年,。

 *的全波段掃描激光器的解調(diào)方案，使得連接到設備的所有傳感器均能定位,，設備*自檢功能,，任何一個傳感器故障或者報警，系統(tǒng)均可以精確定位到該傳感器,。大大縮短故障或者報警的定位時間,，為排查故障點位，精確定位火情點，實施火情預判功能消除火災隱患節(jié)約時間,。

二.工作原理

HO-3000光纖光柵隧道火災監(jiān)測系統(tǒng)基于光纖光柵溫度傳感技術,，利用光纖光柵的溫度敏感特性，通過隔離應力,、應變的封裝結構,，實現(xiàn)對溫度變化的精確測量。

光纖光柵是近年來發(fā)展起來的一種新型傳感技術,，它是利用光纖芯層材料的光敏特性配合增敏處理,，通過紫外曝光的方式在光纖芯層產(chǎn)生一段周期性的折射率變化，形成Bragg光柵結構,。

 Bragg光柵具有窄帶反射的特性,，一個寬譜的入射光（帶寬約40nm）經(jīng)過光纖光柵后，只有滿足波長匹配條件的極小譜寬的光信號被反射（3dB帶寬約0.15nm）,，其余波長的光信號透射進入下一個光纖光柵,，如圖1所示。反射光的中心波長與Bragg光柵的柵格周期,、光纖芯層的折射率成正比,。

圖1 光纖光柵溫度傳感原理圖

 

由于光纖材料自身的熱脹冷縮和熱光效應，當環(huán)境溫度變化時,，光纖光柵的柵格周期以及光纖芯層的折射率都會發(fā)生變化,，使得光纖光柵的反射光中心波長隨之改變。通過對反射光中心波長的數(shù)字化精確測量,，既可獲得待測溫度的變化情況,。

一個典型的單通道光纖光柵傳感系統(tǒng)如圖2所示，若干個不同中心波長的光纖光柵傳感器串聯(lián)成一個傳感器陣列,，寬帶光源發(fā)出的光信號經(jīng)過光纖光柵傳感器陣列反射后,，進入到波長檢測系統(tǒng)，完成光電信號的轉換,、采集和處理,，獲得每個傳感器的溫度測量值。作為整個光纖光柵傳感系統(tǒng)的核心,，波長檢測系統(tǒng)的性能直接決定了整個傳感系統(tǒng)的性能,。

圖2 光纖光柵傳感系統(tǒng)示意圖

 

對光纖光柵反射光中心波長的檢測有多種不同的方案，HO-3000系統(tǒng)將反射光通過一個散射分光成像系統(tǒng)（如圖3所示）,，利用光電探測器陣列獲得整個40nm帶寬范圍內(nèi)所有光纖光柵的反射光譜信息,，利用*的光譜分析技術，通過對光譜曲線的分析與處理,，精確獲得每個反射峰的中心波長值,。結合預先設定傳感器溫度敏感參數(shù),，計算得到每個光纖光柵傳感器所在位置的溫度信息。整個波長檢測系統(tǒng)無可動部件,，相對可調(diào)諧濾波器波長解調(diào)方案,，避免了由于可調(diào)諧濾波器壓電陶瓷老化特性帶來的長期穩(wěn)定性問題，系統(tǒng)可靠性高,，長期穩(wěn)定性好,。

 

三.系統(tǒng)特點

HO-3000光纖光柵隧道火災監(jiān)測系統(tǒng)是根據(jù)公路、地鐵隧道等消防安全監(jiān)測的實際需求,，結合*光纖光柵傳感技術研制開發(fā)的新型溫度監(jiān)測報警系統(tǒng),。和其他感溫火災監(jiān)測系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有如下特點：

1. 本質安全,，防燃防爆

HO-3000系統(tǒng)測溫部分采用全光纖結構,，真正實現(xiàn)了無源溫度監(jiān)測，自身不帶電,，不發(fā)熱,，不會因為傳感系統(tǒng)的布設帶來安全隱患。

1. 測溫精度高

整個溫度傳感系統(tǒng)的溫度分辨率為0.1℃,，溫度測量精度為±2攝氏度,，并且系統(tǒng)測量精度和溫度分辨率不隨光纜長度、溫度測點個數(shù)的增加而降低,。

1. 響應時間短

本系統(tǒng)采用并行光譜采集處理技術,，每通道的測量時間與通道內(nèi)的傳感器個數(shù)無關，每通道的光譜數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)小于2毫秒,，加上數(shù)據(jù)處理以及與外部通信,，每通道溫度刷新時間不大于0.2秒，并且與溫度分辨率,、測量精度無關。

1. 實時在線監(jiān)測

本系統(tǒng)能夠對隧道中所有測點的溫度進行7x24小時不間斷監(jiān)測,，并且可根據(jù)需要定時保存溫度測量數(shù)據(jù),，為隧道的結構健康監(jiān)測提供輔助數(shù)據(jù)。

1. 精確的空間定位

光纖光柵溫度傳感屬于準分布式溫度測量,，一個傳感器與一個測點對應,，并且每個傳感器具有全局性。通過監(jiān)測軟件可以精確確定發(fā)生過溫報警的傳感器位置,，定位偏差僅為傳感器布設間距的一半（約3米）,。

1. 靈活的報警控制

用戶可以直接遠程登錄主機或通過遠程監(jiān)測軟件，對整個火災報警系統(tǒng)的報警參數(shù)進行設置,，并可根據(jù)傳感器位置及當期氣候條件,，對每個傳感器的報警溫度進行分別設置,，也可設置多級報警條件，如溫度預警,、溫升預警,、溫度報警和溫升報警等，結合實測溫度和溫度變化情況對真實的火災事故進行甄別,，基本消除誤報和漏報,。

1. 完善的自我診斷功能

本系統(tǒng)中每個光纖傳感通道上的每個溫度傳感器具有波長性，任何一個傳感器的損壞包括斷纖都可以監(jiān)控軟件中精確定位,。系統(tǒng)每進行一次溫度測量的同時進行系統(tǒng)的自我檢測與診斷,，實時發(fā)現(xiàn)傳感器失效和光纜損壞，以便于及時的維修與維護,。

1. 強大的軟件功能

遠程監(jiān)測軟件通過網(wǎng)絡與測溫主機進行通信,，在人機界面上實時顯示每個溫度測點的位置、溫度值,、溫度變化情況等,。當測量溫度大于預設報警溫度時，測溫主機觸發(fā)報警控制器動作,，啟動噴水降溫裝置或滅火裝置,，監(jiān)控軟件亦能觸發(fā)軟件界面的聲光報警，提醒值班人員盡快處理,。同時操作人員還可以對每個溫度測點的歷史溫度數(shù)據(jù),、報警紀錄進行多條件查詢，生產(chǎn)安全運行報表等,。

四.系統(tǒng)組成

HO-3000光纖光柵隧道火災監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下六部分組成：

• 光纖光柵溫度傳感器陣列
• 傳輸光纜
• 信號處理系統(tǒng)
• 火災報警控制器
• 手動報警模塊
• 光纖通信模塊

 

 

 

 

 

五.安裝施工

1. HO-3000光纖光柵隧道火災監(jiān)測系統(tǒng)傳感鏈路安裝示意圖

圖11溫度傳感器陣列安裝示意圖

 

1. 光纖光柵溫度傳感器布設示意圖

根據(jù)項目的需求測溫主機配8個通道測溫主機,，每個光纖通道可連接一條測溫光纖光柵傳感器陣列，一條測溫光纖光柵傳感器陣列由20只溫度傳感器組成,，傳感器陣列中的每只傳感器間距10米,，每條傳感器陣列可檢測200米。

圖12光纖光柵溫度傳感器布設側面示意圖

 

 

 

 

1. 安裝流程

1. 溫度傳感器陣列部分

溫度傳感器陣列通常安裝在隧道頂部,，距隧道頂10~20厘米,，以保證傳感器周圍良好的空氣流動。

1. 使用電錘,，根據(jù)膨脹螺栓的大小選擇鉆頭,，在隧道頂中間打孔，將支架每隔20米安裝一個,，一般每個支架至少用三支膨脹螺栓固定,。

圖13支架安裝示意圖

 

1. 安裝鋼絞線，從洞口位置先把鋼索一端牢牢固定在支架上,，然后依次把鋼索輕輕固定在支架卡槽,，制藥可以掛住鋼索不掉落即可,，連續(xù)200米左右，使用鋼索拉力器將鋼索拉直（此時拉力非常巨大,，確保*個固定支架的牢固性,，以防鋼索彈回發(fā)生危險），依次把支架中的固定夾擰緊,，保證鋼索與隧道頂平行,。

圖14鋼索安裝示意圖

1. 安裝光纖光柵鏈路，先把條鏈路以滾輪的方式輕輕展開,，以尾端開始從隧道口安裝,，沒隔兩米使用掛鉤將鏈路掛到鋼索上。尾端使用扎帶固定以防花落掛鉤,，鏈路應以松弛狀態(tài)掛在掛鉤上,。安裝完畢*條，第二條則以首端開始,，使兩串鏈路首首相接,，首端兩只傳感器間距10米，剩余首端光纖通過開槽埋管的方式從隧道頂端穿到弱電電纜溝中,，依次將8條鏈路安裝完畢,。

1. 傳輸光纜部分

傳輸光纜采用標準G652型鎧裝通信光纜，從離主控室遠的兩串鏈路引導電纜溝位置開始敷設到集控室內(nèi),。鏈路引到電纜溝位置預留5米光纜,，以方便光纖熔接。如圖11

1. 測溫主機

測溫主機（副機）安裝在隧道設備室的19英寸機架上,，采用220V交流供電,。當溫度傳感器陣列可通過傳輸光纜連接到主機的輸出通道上。

1. 火災報警控制器部分

火災報警控制器和測溫主機一起安裝在隧道設備機架上,，采用220V交流供電,，通過RS485接口與主機通信。

1. 手動報警按鈕部分

手動報警按鈕安裝在隧道側面,，安裝位置距地面1.4m,，安裝間隔為50米，連接線為雙絞線,，穿管敷設至設備隧道洞，與火災報警控制器連接,。

六.系統(tǒng)設計

在隧道火災監(jiān)測報警系統(tǒng)設計時,，除遵守國家法律法規(guī)要求外，還要根據(jù)實際情況選擇合適的系統(tǒng)配置,，以便于設計出一個可靠,、經(jīng)濟,、實用的火災自動報警監(jiān)控系統(tǒng)。

項目中隧道設計案例,。

1.      1.63公里隧道

主要參數(shù)：

溫度測點個數(shù)：160個

單條傳感器陣列監(jiān)測距離：200米

溫度測點間距：10米

主要設備：

8通道HO-3000型測溫主機：1臺   

光纖光柵溫度傳感器陣列JC-W02：8條

監(jiān)測軟件（JC-SOFT）：1套

傳輸光纜：12芯多心光纜1.8公里

研華工控機IPC-610