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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。
电气光纤光栅测温火灾预警技术研究赵 毅0引言随着国家电气化程度的不断提高，近些年来，由电气引发的火灾一直高居榜首，年均超过30%，是火灾的第一大直接原因。
其中，高压电气火灾不仅占有相当大的比重，且危害和损失相对较大，常常会造成大面积停电和长时间停产。
（2008年全国引发火灾的直接原因见表1）[1]从技术角度讲，引起电气火灾的直接原因为短路、超负荷和接触不良，表现为温度积累起火和瞬间高温起火。
因此，监控电气瞬间高温起火能够及时发现火灾，有利于及时扑灭火灾和控制危害；监控电气温度变化，能够及时发出火灾预警，有利于火灾预防。
为防范电气火灾，国家先后颁布实施了GB14287-1993《防火漏电电流动作报警器》、GB50045-94（2005 版） 《高层民用建筑设计防火规范》、GB50016-2006《建筑设计防火规范》、GB14287-2005《电气火灾监控系统》等，均对预防电气火灾提出了要求标准。
“高规”、“建规”虽然都没有要求安装电气温度探测系统，然而，建筑物内的变压器柜、电容补偿柜、整流柜等部位，电缆接头、开关触点等位置，都可能因产生高温而导致火灾。
变压器冷却系统发生故障或严重过载，补偿系统过补偿或自动调节器失灵、电容器老化，都十分常见，接头、触点日久接触不良则更为普遍，电气故障因此而成为引起火灾的第一大直接原因。
[2]为此，国家制定了GB14287-2005包含“测温式电气火灾监控探测器”的规范，提倡在新建工程中安装测温式电气火灾监控探测器。
高压电气电压高、电流大，更容易产生温度积累起火和瞬间高温起火，火灾的危险性较大，与此同时，高压电气火灾往往危害后果严重、所造成的经济损失大。
因此，应当作为电气火灾监控重点。
传统上，监测高压电气温度一般采用人工方法，随着电力设备的智能化、数字化、网络化发展，使得许多企业的变电、配送电设施已经实现无人值守，火灾事故的征兆-故障点温度变化的自动化监测却基本处于空白状态。
云南昆石高速隧道火灾报警系统整改方案（整体更换，采用光纤光栅的探测方式）一、现状昆石高速上火灾报警系统的隧道有2条，分别是：小团山隧道（1200米），阳宗隧道（2700米），均为双洞，三车道15米！系统03年建成通车，经过将近10年的运行，存在设备老化、故障、误报以及后续产品停产、系统不友好的使用界面等情况，系统已经接近瘫痪状态。
具体情况如下：1.1小团山隧道：现用NOTIFIER AFP-400主机，隧道洞顶探测为感温电缆，开关量，每个终端盒分4路接入输入模块（即需要4个输入模块）。
（48个手报+输入模块）AFP-400主机手报（拨码）洞顶感温电缆感温电缆终端盒以及输入模块（4路）该隧道系统设备均为NOTIFIER的设备，存在系统故障、误报，信息无法上传。
感温电缆报警功能是否还具备，无法验证。
1.2阳宗隧道2700米双洞上行设备（单洞）为NOTIFIER的设备AFP-400主机，隧道洞顶探测为感温电缆，开关量，每个终端盒分4路接入输入模块（即需要4个输入模块）。
（54个手报+输入模块）下行使用海湾JB-QB-GST200主机、手报+隧道洞顶感温电缆，开关量，每个终端盒分4路接入输入模块（即需要4个输入模块）。
（54个手报+输入模块）AFP-400主机和海湾主机终端盒内线路丢失无法工作图片终端盒放置于手报下的箱子内，手报按下已经无反应，主机内也不显示手报故障，同时终端盒内连接感温电缆的线丢失，连接输入模块的线剪断，箱子内接线非常混乱。
同一隧道使用两种不同品牌的报警产品，致使管理混乱，对工作人员的使用带来极大的不便，不友好的使用界面也直接导致系统操作复杂、维护困难！1.3 终端软件和主机之间通讯中断主机到软件之间的通讯链路有问题，隧道本地以及中心都无法监控。
系统形同虚设，处于瘫痪状态。
1.4关于隧道管理所的气灭系统两个隧道管理所内还布置气灭系统，为NOTIFIER的。
系统故障频繁，不能使用。
由于隧道管理所内有人居住值守，因此建议取消气灭系统，增加烟感、温感加声光报警即可。
隧道火灾报警系统方案二〇一九年七月一、隧道火灾报警技术概述隧道是公路、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。
目前应用到隧道火灾报警的有三种技术——（1）感温电缆技术、（2）喇曼散射技术、（3）光纤光栅技术。
(1)早期的隧道火灾报警采用感温电缆方案，其优点是成本低，但其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。
(2)利用喇曼散射技术进行分布式温度测量在上世纪80年代被提出，它能进行分布式、长距离的温度测量，但这种系统是基于对微弱的反射模拟信号的测量，所以容易受光源起伏等其它因素的干扰；另一方面，它的测量精度和响应时间相互制约，无法同时实现短的响应时间和高的测量精度。
(3)光纤光栅传感技术是近几年发展起来的新一代传感技术，它采用对波长信号的数字式测量方法，具有极高的测量精度和抗干扰能力，而且监测距离长、响应时间快，布点灵活，已应用于许多领域的安全监测。
这三种技术优缺点如下表所示：综上所述，光纤光栅火灾报警系统能集多级定差温报警、手动报警以及实时的温度监测于一体，真正做到防患于未然，作为隧道的火情监测系统具有其它技术无可比拟的优势。
三、TGW 光纤光栅感温火灾报警系统的原理TGW 系统采用光纤光栅作为温度敏感元件，对波长信号进行数字式测量；采用先进的可调法布里－珀罗腔滤波技术进行波长检测。
TGW 系统的原理图如图1所示，当信号处理器检测到光纤光栅的反射波长出现异常，它会发送报警信号给火灾报警控制器，火灾报警控制器再发出采取措施的信号。
图1 火灾报警信号传输示意图在传统的光纤光栅系统中，由于受光源带宽的限制下，传感器探头的复用数量非常有限，一般只有15-30个左右，不能满足隧道的应用需求。
入射光全同光栅监测区图2 混合复用方法示意图波分复用与全同光纤光栅混合复用的方法如图2所示，系统将隧道分为多个防火分区，不同防火分区以全同光栅的波长λ1,λ2…λn 进行区分，每个分区长度为50－100米。
光纤光栅火灾报警系统技术方案目录1概述 (1)1.1公路隧道火情监测概述 (1)1.2隧道概况 (1)2光纤光栅火灾报警系统 (1)2.1系统介绍 (1)2.1.1系统主要功能 (3)2.1.2系统特点 (4)2.1.3系统适用范围 (5)2.1.4系统运行环境 (5)2.1.5系统结构 (6)2.1.6系统优势 (6)2.2系统硬件功能实现 (7)2.3系统软件功能实现 (13)2.3.1温度视图 (13)2.3.2光谱视图 (13)3火灾报警系统 (15)3.1主要设备选型 (15)3.1.1火灾报警主机 (15)3.1.2智能特征手动报警按钮 (15)4系统方案 (15)4.1总体监测方案 (15)4.2现场设备布置 (17)4.3系统安装 (17)4.4系统安装结构图 (18)4.5光纤光栅及火灾报警的安装方式 (20)5设备清单 (23)5.1设备清单 (23)6报价单 (23)1概述1.1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。
光纤光栅火灾报警系统技术方案目录1概述 (1)1.1公路隧道火情监测概述 (1)1.2隧道概况 (1)2光纤光栅火灾报警系统 (1)2.1系统介绍 (1)2.1.1系统主要功能 (3)2.1.2系统特点 (4)2.1.3系统适用范围 (5)2.1.4系统运行环境 (5)2.1.5系统结构 (6)2.1.6系统优势 (6)2.2系统硬件功能实现 (7)2.3系统软件功能实现 (13)2.3.1温度视图 (13)2.3.2光谱视图 (13)3火灾报警系统 (15)3.1主要设备选型 (15)3.1.1火灾报警主机 (15)3.1.2智能特征手动报警按钮 (15)4系统方案 (15)4.1总体监测方案 (15)4.2现场设备布置 (17)4.3系统安装 (17)4.4系统安装结构图 (18)4.5光纤光栅及火灾报警的安装方式 (20)5设备清单 (23)5.1设备清单 (23)6报价单 (23)1概述1.1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。
1.2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。
2光纤光栅火灾报警系统2.1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。
2.1.1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。
2.1.2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：1.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。
2.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，并且系统测量精度和温度分辨率不随光缆长度、温度测点个数的增加而降低。
3.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。
4.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。
5.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）。
6.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。
7.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。
8.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。
2.1.3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。
2.1.4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。
2.1.5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2.1.6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℃，同时还具有响应速度快的特点，响应时间小于1秒。
可以满足隧道消防的需要。
（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。
2.2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1.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。
