常用隧道火灾探测器：原理、应用及研究动态

大直径隧道与城市轨道交通工程技术预警设施在火灾发生早期发现火情并将其及时熄灭，情况将会有很大的改观。

在隧道火灾预警设施中，探测器是非常重要的部件。

在火灾防护中，它是先行部件，它能否准确报警将对后续的工作（如联动系统喷淋灭火、逃身通道的开放等）起决定性作用。

具有高灵敏度、能够快速准确报警的隧道火灾探测器研制是一个有重大意义的课题。

本文阐述了曾使用过的和现在正在使用的各种类型的隧道火灾探测器原理，详细研究了在隧道这一特殊的环境中各种探测器的使用情况，归纳了各种火灾探测器使用的隧道。

对目前最流行的两种主流探测器（线型光纤火灾探测器和点型双波长火焰探测器）的性能进行分析比较。

提出了实现火灾早期预警方案的一种设想。

２隧道火灾探测器火灾发生时，会产生多种明显的火灾信号，如：温度、烟雾、火焰、气体等。

隧道火灾和一般情况下发生的火灾一样，也会产生这些信息。

根据探测的火灾信号不同，火灾探测器可分为温度探测器、烟雾探测器、火焰探测器、气体探测器等口】。

烟雾探测器和气体探测器都不适宜用于隧道。

感烟探测器对潮湿、灰尘多、烟雾多、水蒸气高、化学气体浓密等场合容易引起误报；大多烟雾和气体探测器都带有一个气体采样舱，大量的气体和烟雾常年积在舱内，大大减短了探测器的使用寿命、降低了探测器的灵敏度。

副【４Ｊ。

隧道内常用的探测器有温度探测器和火焰探测器两种。

火灾探测器按探测范围分为线型和点型。

点型只能对警戒范围中某一点周围的温度、烟等参数进行控制。

线型则可以对警戒范围中某一线路周围的参数进行探测¨ｊ。

２．１线型温度探测器原理普遍使用的隧道温度探测器都为线型，有紫铜管、热敏合金线、线缆式感温电缆、光纤及测温电缆ＦＴＬＤ、ＣＴＴＣ５种形式。

（１）紫铜管探测器原理如图１所示，火灾发生时，紫铜管内空气膨胀，从而管内压力升高，紫铜管探测器利用该压力值进行探测。

气体从泄漏孔２排出使得内外气压平衡。

当环境温度速率超过某一值，紫铜管内迅速膨胀的气体来不及从泄漏孔排出，从而使空气管内气压急剧升高，导致膜盒２内膜片膨胀，电气触点闭合，产生一个短路信号，送到控制器发出报警。

它是一种以铜管、膜盒为基本部件的差温式探测器（即温度变化达到或超过所规定的某一升温速率时，才开始动作），又称为空气差温管探测器［２］［６｜。

１～泄漏孔；２一传感元件：膜盒３一探测器；４一紫铜管Ｉ５一控制器；６一报警信号；７一电源图１紫铜管差温探测器原理图紫铜管探测器曾是高速公路隧道中应用较多的产品。

但是由于该种探测器中的部件紫６２０隧道监测、控制技术铜管、膜盒都存在老化现象，易引起电路接通的膜片时间过长而受干扰；灵敏度调节难以稳定，容易产生误报警、延迟或超报警；传输线路长时，更是容易引起误报ｍ。

（２）热敏合金线探测器热敏Ｄ合金线探测器利用了热敏元件阻值随温差发生变化的原理，将温度信号转变成电信号，并进行报警处理后发出报警。

它能较准确地测出隧道中每一段的实际温度，从而既能实现差温报警，也能实现定温报警，可用于温度监测［－８，９３。

热敏合金线探测器为线型可恢复探测器，发生火灾报警后，只要探测器未被烧断（熔断温度大于９００℃），仍可继续使用，不必更换，降低了使用成本口］。

（３）线缆式感温电缆目前隧道内采用的感温电缆主要为双绞线形式。

电缆从外到里总共有四层，外层护套、第二层护套、热敏绝缘聚合体护套（感温电缆的温度敏感部件）和铁双绞线。

整个线型温度探测器只需常规电路监测：正常情况下只有很小的电流通过探测器和终端电阻（ＥＬＲ）；当某一点的环境温度超过了设定温度时，热敏绝缘聚合体护套损坏并且在该点出现短路情况如图２所示。

这样，电流流动时不再经过终端电阻，直接从过热短路点流回控制器，使得电流变大。

检测电路根据该电流来确定报警情况；控制板可根据电流值得出报警点位置‘１０：］。

ｌ一终端电阻２～控制器端３一取绞线电缆图２不可恢复式感温电缆工作原理图不可恢复式感温电缆探测灵敏度高，反应速度快。

采用定温原理，故环境温度改变时易引起误报和漏报。

回路长度受欧姆定律及距离限制对覆盖区域有影响，在这种情况下，附加的控制设备需要被置于指定的位置，通常是在隧道里，这是不安全的；不可恢复式感温电缆报警原理决定了它报警后电缆必须更换，增加了使用成本，给隧道运营带来不便口］。

（４）测温电缆ＦＴＬＤ、ＣＴＴＣ测温电缆ＦＴＬＤ、ＣＴＴＣ又称“连续”热电偶或“寻热”热电偶，它的热接点不固定，始终与线缆上的最高温度点相对应，当ＦＴＬＤ、ＣＴＴＣ线缆上任何一点的温度高于其它部分的温度时，该处的热电偶导线之间的绝缘电阻降低，导致出现“临时”热电偶接头，其作用与常规单接点热电偶接头相同（图３［１２１）。

１一控制器；２，３－－材料不同的两根导体；４一温度过热形成的临时热电偶接头｝５一高阻抗部分（一般环境下）；６一过热导致的低阻抗部分；７～补偿电缆图３测温电缆探测原理图（５）光纤火灾探测器向光纤注入激光，光纤探测器依据光纤光时域反射原理以及光纤的背向拉曼散射温度效应分析向后散射的斯托克斯和反斯托克斯信号来实现每一个测量点的温度探测。

原理如图４［１４］所示。

６２ｌ隧道监测、控制技术１一带状过滤器；２长波检测，波长５—６ｐｔｍ；３－－短波检测，波长４．１—４．７ｐｒｏ；４一放大器；５数据处理（比较器＋延时回路＋整流回路）图６双波长火焰探测器原理图２．３探测器在隧道中使用的案例前面章节中提到的隧道火灾探测器都曾在隧道中使用过，表１总结了实际应用的案例。

表ｌ各种隧道火灾探测器使用隧道列表探测器种类隧道案例重庆的中梁山隧道、缙云山隧道、广东清远一连县高速公路的焦冲隧道、石仓岭隧道、浙江甬紫铜管探测器台温高速公路的大溪岭一湖雾岭隧道（４．１２ｋｉｎ）、京珠粤境南段大宝山和靠椅山隧道上海地铁ｌ号线，四川Ｉ省的二郎山隧道、华蓥山隧道、老山梁子隧道，云南省的杨武隧道、小甸热敏合金线探测器中隧道，重庆市的小泉隧道、吉庆隧道，长江三峡宜昌东山隧道、南京鼓楼地下立交隧道上海延安东路隧道；美国的ＡＦＣ隧道、Ｐａｒｋｗａｙ隧道、ＭｃＣａｒｒｏｎ机场隧道、Ｄｅｎｖｅｒ国际机场不可恢复式感温电隧遘Ｍｕｎｉ—Ｍｅｔｒｏ隧道；西班牙Ｎｅｇｒｏｎ隧道、Ｃａｄｉ隧道、Ｂａｌａｄｉｎｏ隧道；墨西哥Ａｃａｐｕｌｃｏ隧缆道；以色列ＭＡＩＮａｆｔｕｈ隧道；土耳其Ｓｅｌａｔｉｎ隧道、Ａｌａｎｙａ隧道；挪威Ｈａｎｎｅｋｌｅｉｖ隧道、Ｋｉｒｋｅ—ｈｅｉａ隧道；俄罗斯Ｇａｇａｒｉｎｓｋｉ隧道上海复兴东路隧道、上海翔殷路隧道、大连路隧道，浙江高速公司新岭隧道，福建漳诏高速公光纤探测器路隧道，东京海底高速公路隧道，希腊Ｔｅｍｐｉ铁路隧道，伦敦泰晤士河公路隧道，英法海底隧道上海外环隧道、宁波台州温州高速公路三门铺里至Ｉ临海青岭段、京珠高速公路粤北段隧道群、双波长火焰探测器南京市玄武湖隧道３光纤探测器和双波长火焰探测器比较光纤探测器和双波长火焰探测器是目前隧道内的主流探测器，两种探测器探测的特征信号不同，应用在隧道中时表现的性能也不一样，针对不同的情况各有优缺点（表２）。

表２光纤探测器和双波长火焰探测器在隧道中应用的性能比较表光纤探测器双波长火焰探测器类型线型感温探测器点型火焰探测器安装位置沿隧道敷设于隧道顶部中间间隔３０～５０ｍ安装于隧道一侧时间较长，原因：置于隧道顶部，远离监测源，隧道内风速大（２～１０ｍ／ｓ）；强烈的风易将竖直向上时间短，原因：双波长火焰探测器依靠火焰光谱探测反应时扩散的热流方向变得倾斜，延长了探测器的反应和频率报警，通过探测器中的部件，可以有效避间时间；当环境温度较低时，火灾已发展到一定规免环境对这两个参数的干扰模，但隧道顶部的温度仍很低（图７）较高，原因：由于探测器之安装在一侧墙壁，必然漏报率较低存在盲区ｆ隧道中有物体遮住火焰（图８）６２３大直径隧道与城市轨道交通工程技术续表光纤探测器双波长火焰探测器较高，原因：随着季节的变换隧道内的温度有很大的不同，系统灵敏度和报警阚值难以调节；受误报率较低到风速的影响，火灾发生点温度很高，但到达顶部是时温度明显低了很多（图７）较简单，原因：可以通过上层控制管理软件任意较复杂，原因：该探测器为点式探测器，不易进行防火分区的设置防火分区，不同防火分区采用不同的报警方灵活的防火分区划分，不能很好的配合其他隧道划分式，还以针对不同的外联系统设置的不同的防火系统融合使用分区方式以提供不同的报警信息较方便，可直接用水清洗，且常置于隧道侧壁方维护便清洗与维修４结语图７温度探测误差说明图左图为盲区说明图；右图说明了由于物体（图中为车辆）遮挡导致的漏报图８双波长火焰探测器漏报说明图目前虽然已有多种探测器应用于隧道环境中，但每种探测器都在某种特性上存在不足之处，或对某种类型火灾漏报，或由于隧道环境制约不能准确报警，或由于隧道内干扰因素太多产生误报。

然而，探测器的误报、漏报问题都不容忽视。

为了解决这一问题，可以将传感器数据融合技术应用到隧道环境中，开发复合式的探测器，达到多种传感器的探测性能互相弥补的目的。

由上面章节的分析中知，双波长火焰探测器和线型温度感测器都是目前使用最广泛的探测器，但是两种探测器都存在不足之处；烟雾是火灾发生时最先表现出的特征信号，但是由于隧道内环境，未能使用于隧道火灾探测中。

可以尝试将烟雾、火焰、温度三种信号结合，根据隧道内火灾物理特性，通过算法开发能够实现早期火灾报警，具有高灵敏度和低误报、漏报率的复合型探测器。

６２４常用隧道火灾探测器:原理、应用及研究动态作者：张杨， 陈启军作者单位：同济大学,地下建筑与岩土工程系,上海,200092本文链接：/Conference_6050594.aspx。