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
光纤温度检测系统在隧道消防中的应用l 隧道火灾危险地下轨道交通日益成为解决大城市交通拥堵的重要手段．地下隧道是其唯一的交通通道。
同时，高速公路也正成为今日社会的经济命脉，公路隧道更是其咽喉重地。
大量的人员及货物夜以继日的通过它们运送到各地，其高负荷运行使其系统易损坏，任何细小的事故都将导致严重的后果。
火灾，是公路隧道以及地下铁路隧道所面临的高度危险之一。
现代化交通系统的迅速发展，大大增加了隧道火灾的潜在危险。
(例如：隧道长度的不断增加，双向行车道，高危险性的货物，由于隧道内交通流量过大和其他因素，火灾荷载不断增加。
)鉴于隧道内环境特殊，火灾一旦发生，往往会一发不可收拾；由于缺乏逃生设施和救援人员，加之司机与乘客惊慌失措，很可能造成重大伤亡。
2 隧道火灾特征发生在隧道中的火灾，多数是开放性火灾，它带有浓烟，其热辐射率为数兆瓦级，几分钟内就会起火。
经广泛的试验(包括公路车辆和地铁列车)，一起火灾通常在8—10分钟完全形成。
对于大型货运卡车，大约为20-30分钟。
当有燃料泄漏并形成坑／池时，火灾在1-3分钟内完全形成。
“隧道火灾”实例的测试显示，在大约5分钟之后，车辆火灾的温度升至大约200摄氏度。
在这些发现的基础上，我们得出如下结果：当隧道中发生一起严重的火灾，在最先的4分钟内，燃点上方的热空气层可以检测到温度上升超过每分钟一次50摄氏度。
隧道通风将产生特定的影响。
一般的测试都显示，在大于2m／s的纵向风时，一辆汽车或列车火焰向上飘动，顶部的温度仅达到60摄氏度。
并且，在距火灾发生地20米远的地点，顶部温度将降到50摄氏度以下。
因此，热辐射的温度梯度是高速气流中唯一与报警相关的标准。
隧道内风速的影响可以从西门子建筑技术公司在瑞士哈格伯格测试隧道获得的测试数据中看出。
在有消防通风系统时，为确保排烟空气流速必须增加至大于3m／s。
另一方面，这增加了5个单位的燃烧速率，它将对隧道顶部的热空气层造成更大的破坏。
光纤光栅隧道火灾监测系统解决方案
光纤光栅隧道火灾监测系统解决方案光纤光栅隧道火灾监测系统解决方案2008-09-21目录一、概况 (2)二、行业现状及产品技术分析 (3)2.1隧道火灾自动报警技术种类 (3)2.2分布式光纤温度探测技术和双波长火灾探测技术分析 (4)2.3．隧道火灾探测最佳方式 (6)2.4．关于光纤光栅传感技术 (7)三、功能说明 (7)四、光纤光栅传感技术原理 (8)五、主要产品技术规格 (10)5.1 光纤光栅感温火灾探测器i Smart-TMS (10)5.2 光纤光栅信号处理器i Smart1115 (12)六、工程方案 (14)5.1 系统拓扑结构 (14)5.2 光缆走线方法 (15)5.3 系统软件 (15)一、概况近几年来，我国公路和城市交通隧道里程延长较快，给隧道的消防安全带来挑战。
国内外交通隧道事故造成的危害引起了各国对隧道消防安全问题的高度重视。
发生在隧道中的火灾，多数是开放性火灾，它带有浓烟，其热辐射率为数兆瓦级，在数分钟内便可形成火灾。
经广泛的试验（包括路面车辆和地铁列车），一起火灾通常在8-10分钟完全形成。
对于大型货运卡车，大约为20-30分钟。
当有燃料泄漏并形成坑/池时，火灾在1-3分钟内完全形成。
“隧道火灾”实例的测试显示，在大约5分钟之后，车辆火灾的温度升至大约200℃。
已有研究结果表明：当隧道中发生一起严重的火灾，在最先的4分钟内，在火灾点上方的热空气层可以探测到温度每分钟上升大于50℃。
此外，隧道通风将产生特定的影响。
一般的测试都显示，在大于2m／s的纵向风时，一辆汽车或列车火焰向上飘动，顶部的温度仅达到60摄氏度。
并且，在距火灾发生地20米远的地点，顶部温度将降到50摄氏度以下。
因为隧道内空间狭长，能见度通常较低，加上入洞时的“黑洞”效应．隧道内成为事故多发地段，并引发各种各样的火灾，并且由于隧道空间结构上的“管装性”，往往极小的火情也会诱发大的火灾。
因此隧道内应贯彻“预防为主，防消结合”的方针，采取有效的防火措施，防止和减少火灾的危害。
光纤感温探测技术在隧道消防保护中的应用
第３ ４卷 第 １ ６期
・
３８ ・ ０
２０ ０ ８年 ６ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ ｒＵＲＥ
Ｖ０． ４ Ｎｏ． ６ １３ １
Ｊ ｎ ２ ０ ｕ ． ０８
文章 编 号 ：０ ９６ ２ ｛０ ８ １ ．３８０ １ ０ ．８ ５ ２ ０ ）６０ ０ ．２
公 路 隧道 的火 灾 主要 具 有 以 下特 点 。
． 趋势 ， 同时 ， 高速公路也正成 为今 日社会的经济命 脉 ， 公路 隧道 更 ２ １ 多样性 和 不确 定性
是其咽喉重地 。大量 的人 员及货 物夜 以继 日地通 过它运 送到各
重的后果。
由于隧道长度 、 面 、 坡 、 曲线 半径 、 通量 、 型、 载 断 纵 平 交 车 车 及其发展蔓延规律和 烟气 流动规 律具有 多样 性和不 确定性 。隧
加 固后 计算值 ④
２ ７
５ ７
第一次①
２ ５
３ ０
两辆车 ３ ３ｔ 第二次②
２ ５
２ ６
平均③
２ ５
２ ８
载作用下 ， 主拱圈跨中截面处测得的拱肋应变 值最大校 验系数为 ０ ９ ， 明使用 开裂截 面计 算应 变值 与实测 值更 接近 ， ． ３说 能够很 好
的模拟该桥实际情况 。
用 不 容忽 视 。
雾大 、 见度低 、 能 散热 慢 、 温度较高 、 火点附 近未进行 防火保护 起 的隧道承重结构体的混凝 土容易发生崩落。
２ 隧 道的火 灾特 点
旦发 生 ， 往往 会 一 发 不 可 收 拾 ； 且 由 于 缺 乏 逃 生 设 施 及 救 护 人 并
． 公路隧道作为一种 地下 管状构 造物 ， 内环境 特殊 ， 洞 火灾 一 ２ ３ 隧道 火灾会产 生跳 跃性 蔓延
隧道火灾报警系统中光纤光栅感温技术的应用
动 降 温 。 温度 传 感 器 ３和 ４所 处位 置 的 温 度 由 图 可 知发 生 了
参考文献
［ １ ］ 张沂明 ， 余有龙 ， 朱 勇． 光 纤 光 栅 传 感 系统 的 信 号 解 调 技 术 ［ Ｊ ］ ． 光 电 ［ ２ ］ 张 嵩， 王 剑． 光 纤 光 栅 传 感 技 术 在 隧 道 火 灾监 控 中的 应 用 ［ Ｊ ］ ． 激 光
种 火 灾报 警 新技 术 ． 有 利 于现 场 实现 远 程 传 输 、 长期 在 线 的 火 灾监 测 预 警预 报 。 作 为 隧道 火 灾监 测报 警 系统 ， 其 具 有 着 无 可
销酬 静鞭， ｍ 圈 ４ 隧道在 灭火后 ４ ０ ｓ内温度场随距离的分布曲线
比拟 的 技 术 优 势 。 光 纤 光栅 感 温技 术 主要 是 将 多级 定 差 温报
测器的探 测点在 ４ ０ ｓ内所 监 测 到 的 温 度 场 空 间 分 布 情 况 ． 检
５ 公路 隧道 火灾探测应用
因 为 环境 恶 劣 ． 运 输 距 离较 长 ． 公路 隧道 十 分 需 要 准 确 、
测过 程 中每 隔 ｌ Ｏ ｓ以 曲 线形 式进 行 一 次记 录 。 图 ４表 示 的 是 灭火后 ｌ Ｏ Ｏ ｍ 区 域 所 有探 测 器 在 ４ ０ ｓ 之 内监 测 的 温度 场 空 间
２ ０ １ ０， ４ ０ （ ２ ） ： １ ７ ８ ～ １ ８ ０ ． 时 间段 中 ， 不 同防 火分 区 中 的 温度 变化 也 不 一 样 。 温 度传 感 器 与 红 外 ，
２ ０ １ ４ — ２ — ６ 巨 大 变化 ， 在这种情 况下 ， 检 测 系统 自动 感 应 发 出警 报 ， 以便 收稿 日期 ：
分布式光纤测温系统在地铁隧道火灾探测中应用
分布式光纤测温系统在地铁隧道火灾探测中应用摘要：针对目前地铁安全中突出的火灾探测问题，提出了一种分布式光纤测温系统，该系统采用光时域反射技术和拉曼散射测温技术，将光纤传感与现代安防结合起来，具有极高的灵敏度和定位精度。
通过设置隧道内不同的风速，在模拟地铁区域隧道内进行全尺寸火灾试验，研究分布式光纤测温系统在隧道内发生火灾的响应时间及响应位置。
研究表明，在隧道内风速越大，火焰及烟气发生倾斜，会导致分布式光纤测温系统的报警位置会稍微偏离起火点，并且分布式光纤测温系统是通过对火场温度的响应来探测报警的，因此具备一定的火势蔓延趋势判读能力。
关键字：分布式光纤测温系统；地铁隧道；火灾；温度地铁隧道空间狭小，且处于相对密闭状态，自然排烟困难，一旦发生火灾，燃烧时产生的热量不易散发，极易导致火灾的迅速蔓延，隧道横截面小，地面不便行走，人员疏散困难，消防人员也很难接近火源扑救，一旦发生火灾不仅将造成巨大的经济损失，还会造成重大的人员伤亡，引起交通秩序混乱。
因此，及时、准确地对隧道火灾进行报警，实时掌握火灾现场情况，为救灾人员提供决策信息，对于尽早组织人员疏散、控制火情、组织实时灭火、降低损失尤为重要。
国内外很多人已经通过数值模拟和全尺寸的火灾试验对隧道内火灾的发展以及温度场的分布进行可研究。
如1992年，Luchian等人在美国弗吉尼亚某高速公路上的一个废弃的双车道隧道中进行了一次大规模的试验来测定火灾功率；2006年，中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的胡隆华等人与云南省公安消防总队合作，在昆明一石林高速攻速的阳宗隧道开展了具有针对性火灾现场模拟试验。
本文介绍了一种分布式光纤测温系统在地铁隧道火灾监测报警中的应用。
经实测，该系统完全能满足地铁隧道火灾监测报警的要求。
1系统原理及特点1.1系统原理分布式光纤测温系统是基于光纤内部的拉曼散射现象的温度特性，利用光时域反射测量技术（OTDR），将较高功率带电光脉冲送入光纤，然后将返回的散射光强随时间的变化探测下来，其中拉曼散射具有温度测量的实际意义，若能测量出拉曼散射光的强度，就可以计算出反射点的温度[1-2]。
光纤光栅隧道火灾探测系统在隧道消防中的应用_高红勇
第24卷第3期2008年5月 昆明冶金高等专科学校学报Journal of Kunm ing Metallurgy College Vol 124No 13May 12008收稿日期:2008-04-26作者简介:高红勇(1970-),男,云南马龙人,工程师,硕士,主要从事消防及智能化控制工程与管理。
光纤光栅隧道火灾探测系统在隧道消防中的应用高红勇,赵艳玲(盛云科技有限公司,云南昆明650051)摘 要:隧道火灾有其自身特殊性并且危害很大,根据隧道火灾的特点选用光纤光栅隧道火灾探测系统;该系统使用光纤作为感温元件和信号传输介质,以防灾报警为主要目的。
针对隧道消防问题,分析了隧道火灾的危险及隧道火灾的特点,阐述了光纤光栅隧道火灾探测系统的工作原理、系统功能与特点,并结合工程实例介绍了该系统在隧道消防施工中的应用。
关键词:公路隧道消防系统;光纤光栅隧道火灾探测系统;隧道火灾中图分类号:U45811 文献标识码:A 文章编号:1009-0479-(2008)03-0018-04Appli ca ti on of FBG Tunnel F i re D etecti on Syste m i n Tunnel F i re F i ghti n gGAO Ho ng 2yo ng,ZHAO Yan 2li ng(Shengyun Science &Technol ogy Co .L td .,Kun m ing 650051,China )Abstract:Tunnel fire has its own features and is very danger ous .F BG tunnel fire detecti on syste m was selected according t o the characteristics of tunnel fire .The syste m used fiber as the te mperature compo 2nent and the signal trans m issi on mediu m t o achieve the goal of disaster p reventi on .According t o p r oble m s in tunnel fire fighting,the paper analyzed the danger of tunnel fire and its features,set forth the working p rinci p les,the syste m functi on and characteristics of F BG tunnel fire detecti on syste m and intr oduced the app licati on of the syste m in tunnel fire p r otecti on constructi on with p ractical exa mp les .Key words:fire p r otecti on syste m of r oad tunnels;F BG tunnel fire detecti on syste m;tunnel fire 1隧道火灾监测的必要性111隧道火灾的危险地下轨道交通正日益成为各大城市解决交通堵塞的重要手段,地下隧道是其唯一的交通通道。
光纤光栅测温结合红外火焰探测器在公路隧道火灾监测中的应用
交通科技Transportation Science ■ Technology总第304期2021 第1 期Serial No 304No. 1 Feb. 2021DOI 10. 3963/j. issn. 1671-7570. 2021. 01. 026光纤光栅测温结合红外火焰探测器在公路隧道火灾监测中的应用常程（重庆市城投路桥管理有限公司重庆400015）摘 要 公路隧道结构封闭狭长、救援空间有限，因此公路隧道的火灾探测对系统的反应时间和准确率具有更高的要求。
文中将光纤光栅测温技术和火焰探测器技术进行结合应用，更有利于高速公路隧道火灾的实时监测。
使用光纤光栅作为温度传感器，能够快速探测到隧道环境温度的变化,且传感器结构稳定；而对于火灾初期范围较小的火焰，暂时未能引起环境温度的明显上升，使用三波长红外火焰探测器，则能够及时检测到火焰，该系统能够在无漏报的同时做到少误报，可以作为公路隧道消防安全的重要保障。
关键词光纤光栅测温红外火焰探测器公路隧道火灾监测中图分类号 U492.8十3公路隧道具有结构封闭狭长、救援空间有限 等特点，如果在公路隧道中发生火灾，若不能及时 发现和处理,将造成极严重的后果。
因此,公路隧 道内的火灾报警系统应当具有更高的灵敏性，以 对火灾的发生进行及时的预警。
目前，公路隧道内常用的火灾预警系统，主要有光纤感温、红外探测、图像分析等类型［1］o 这些火灾探测技术具有各自不同的应用特点。
1原理11 光纤光栅测温原理光纤光栅传感的基本原理是利用光纤光栅的 有效折射率和光栅周期对外界参量的敏感特性,将外界参量的变化转化为其布拉格波长的移动, 通过检测光栅反射的中心波长移动实现对外界参 量的测量。
光纤光栅测温技术利用了温度对光栅中心波长的偏移影响，其测温原理示意见图1o 如图1 所示，当一束宽带光注入光纤光栅,在一定波长范 围内的光会被光栅反射回来，而其余不在此波长 范围的光则会透射过去继续向前传播［］。
光纤光栅传感技术在隧道火灾监控中的应用
减小 ， 易于远传 ， 且不受电信号 、 雷击 因素干扰 的优 点， 在许多行业得到了广泛应用 ， 在隧道火灾监控方
面更 成 为首选 。 ２ 国 内隧道 火灾监 控 的现状 国内现有 隧道火 灾监 控 系统有基 于 双波长火 焰 探测 和感 烟式 火灾探 测 的点型 感光探 测 系统 以及 基 于线 性感 温 电缆 、 空气 管差 温探 测 、 敏合 金线差 温 热
题； 光纤 光栅 以其 以光 纤 作 为 信号 的传 输 与传 感 媒
测， 容易受 到干 扰 ， 如起火 点被物 体遮 挡或非 火灾 引 起 的烟雾 等 ， 会引 起漏报 或误 报 ， 响正 常工作 运 都 影
作 。而线 型感 温探测 系统 中 的感 温 电缆和 空气管 温
差探 测是 较早期 的产品 ， 由于可 靠性 不稳定 ， 现基 本
已被公路 隧道业 所 淘汰 。热敏合 金线 差温火 灾探 测
器是现在应用较为普遍的一种 ， 但是探测器之 间是
用 电缆连 接 ， 易受 电磁干 扰 ， 输距离 短 。光纤感 温 传 探 测是利 用光 纤拉 曼 散 射 的强 度 分 析 温度 的变 化 ，
体， 使用 寿命 长 ， 耐腐 蚀 ， 信号采 用光 纤传 输 ， 信号 衰
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｉ ｈ ｕ ｎ ｌｆｒ ｏ ｉｏ ｉ ｇ ｏ ｂｅ ａ ｇ ｐ ｉ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｔ ｎ ｅ ｅ ｍ ｎ ｔ ｒｎ ｆ ｆ ｒ Ｂｒ ｇ ｃ ｉ ｉ
ｇ ａ ｉ ｇ ｓ ｎ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｒ ｔｎ ｅ ｓ ｒ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ
１ 引 言
探测 、 激光 光纤感 温探 测 的线型感 温探 测系统 ， 型 点
感光 探测 系统 由于其 原理 主要是 对 明火 明光 进行探
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光纤感温探测系统在隧道消防保护中的应用
Revised by Hanlin on 10 January 2021
光纤感温探测系统在隧道消防保护中的应用l 隧道的火灾危险
地下轨道交通正日益成为各大城市解决交通堵塞的重要手段．地下隧道是其唯一的交通通道。
同时，高速公路也正成为今日社会的经济命脉，公路隧道更是其咽喉重地。
大量的人员及货物夜以继日的通过它们运送到各地，其高负荷运行使其系统易损坏，任何细小的事故都将导致严重的后果。
火灾，是公路隧道以及地下铁路隧道所面临的高度危险之一。
现代化交通系统的迅速发展，大大增加了隧道火灾的潜在危险。
(例如：隧道长度的不断增加，双向行车道，高危险性的货物，隧道内由于大交通流量而日益增加的火灾荷载等等因素。
)
鉴于隧道内环境特殊，火灾一旦发生，往往会一发不可收拾；并且由于缺乏逃生设施及救护人员，加之司机与乘客惊慌失措，很可能造成重大伤亡。
2 隧道的火灾特点
发生在隧道中的火灾，多数是开放性火灾，它带有浓烟，其热辐射率为数兆瓦级，在数分钟内便可形成火灾。
经广泛的试验(包括路面车辆和地铁列车)，一起火灾通常在8—10
分钟完全形成。
对于大型货运卡车，大约为20-30分钟。
当有燃料泄漏并形成坑／池时，火灾在1-3分钟内完全形成。
“隧道火灾”实例的测试显示，在大约5分钟之后，车辆火灾的温度升至大约200摄氏度。
在这些发现的基础上，我们得出如下结果：当隧道中发生一起严重的火灾，在最先的4分钟内，在火灾点上方的热空气层可以探测到温度每分钟上升大于50摄氏度。
隧道通风将产生特定的影响。
一般的测试都显示，在大于2m／s的纵向风时，一辆汽车或列车火焰向上飘动，顶部的温度仅达到60摄氏度。
并且，在距火灾发生地20米远的地点，顶部温度将降到50摄氏度以下。
因此，在高速气流时热幅射的升温梯度是唯一的报警相关标准。
隧道内风速的影响可以参见西门子楼宇科技公司在瑞士的哈葛伯奇试验隧道所得到的测试数据。
在有消防通风系统时，为确保排烟空气流速必须增加至大于3m／s。
另一方面，这增加了5个单位的燃烧速率，并且对隧道顶部的热空气层将更具破坏性。
一些更先进的通风系统，在火灾发生时，从隧道火灾发生位置的顶部排烟。
为此应只开启火灾发生位置的通风口，并关闭新风系统。
为了确保火灾报警的可靠且无误报，火灾探测系统应能记录开放式火灾的辐射区域，这是极其重要的。
此外由于表面热幅射所传递的热量要比热气体的热对流交换所传递的快一些，所以火灾探测系统应能迅速
探测温度变化。
而最新的光纤感温探测系统，提供了几近完美的探测性能。
3 光纤感温探测系统介绍
3．1工作原理
经过物理实验得知诸如温度、压力和张力等对玻璃纤维会造成影响，并且能够局部地改变光纤中的光线传导特性，从而光线在传导中会产生散射，并会在石英玻璃纤维中衰减，外部物理影响的位置就能够被确定，这样光纤就能够作为一种线性的传感器。
光纤感温探测系统是一套利用光纤作为线性感温探测器的高新技术，其基本原理是利用光纤中石英分子键会受温度上升而产生晶格振动。
这种振动会导致在光纤中传输的光产生散射(喇曼散射及R．aylei 曲散射)，而散射量的大小可以直接反应温度的高低。
因此光纤感温探测系统可以将环境温度以连续的线性方式表示出来。
光纤感温探测系统的另一个崭新的技术是可以准确地定位温度变化的确切位置。
系统通过OTDK、OF'DR(光时域及光频域反射测量法)及连续FFT(快速傅立叶变换)对讯息进行外理，将微小的时空差别以频率方式体现出来实现精确定位，从而构成一套精密的光纤线性感温探测系统。
光纤感温探测系统包括一个分析单元(频率生成器、激光源、光模、HF合成器和微处理器)以及一个石英光纤缆(LG)作为线性温度传感器。