HO-3000光纖光柵

隧道火災監測係統技術方案

HO-3000光纖光柵隧道火災監測係統

一.係統概述

HO-3000光纖光柵隧道火災監測係統是我司研發的基於(yu) 光纖光柵傳(chuan) 感技術的新型火災監測報警係統，通過實時檢測光纖光柵溫度傳(chuan) 感器中心波長信號，實現隧道內(nei) 部多個(ge) 測點的溫度在線監測和火災報警。

光纖光柵傳(chuan) 感器具有體(ti) 積小、重量輕、無源檢測、防電磁幹擾、阻燃防爆、易於(yu) 遠程監測等優(you) 點，采用光纖光柵溫度傳(chuan) 感器的火災監測係統具備以下*優(you) 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，從本質上消除了係統光功率波動、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測點位火災的位置和溫度曲線變化，易於確定事故位置。
3. 測量精度高，響應時間短。測溫精度可達±1℃，溫度采樣時間小於0.2秒。
4. 傳感器具有良好的重複性，長期穩定性好。
5. 具有定溫和溫升速率預警功能：在火情發生前期，溫度變化異常情況時及時提前預警並報警，提前防範火情於未然，真正意義上做到實時火情監控，為人生生命和國家物資財產安全作出特殊的監測貢獻。
6. 標準的以太網接口，且通信協議可以開放，利於上位機的軟件兼容。

HO-3000光纖光柵隧道火災監測主機通過以太網絡與(yu) 監控計算機進行通信，可實現遠程集中監控；通過繼電器接口與(yu) 報警控製器相連，實現分區、分測點過溫報警；通過多級可配置報警溫度設置，實現火災預警與(yu) 報警。另外，係統的調試、區域設置、報警參數設置等操作均可在測溫主機或遠程監控計算機上完成，操作、維護方便。

此外，技術方案中的核心器件，選用國內(nei) **的掃描激光器，優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統廠家核心部件的可動機械部件，整個(ge) 設備不含任何可動的機械部件，穩定可靠，壽命可長達30年。

 *的全波段掃描激光器的解調方案，使得連接到設備的所有傳(chuan) 感器均能定位，設備*自檢功能，任何一個(ge) 傳(chuan) 感器故障或者報警，係統均可以精確定位到該傳(chuan) 感器。大大縮短故障或者報警的定位時間，為(wei) 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約時間。

二.工作原理

HO-3000光纖光柵隧道火災監測係統基於(yu) 光纖光柵溫度傳(chuan) 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，實現對溫度變化的精確測量。

光纖光柵是近年來發展起來的一種新型傳(chuan) 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(chan) 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(ge) 寬譜的入射光（帶寬約40nm）經過光纖光柵後，隻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），其餘(yu) 波長的光信號透射進入下一個(ge) 光纖光柵，如圖1所示。反射光的中心波長與(yu) Bragg光柵的柵格周期、光纖芯層的折射率成正比。

由於(yu) 光纖材料自身的熱脹冷縮和熱光效應，當環境溫度變化時，光纖光柵的柵格周期以及光纖芯層的折射率都會(hui) 發生變化，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字化精確測量，既可獲得待測溫度的變化情況。

一個(ge) 典型的單通道光纖光柵傳(chuan) 感係統如圖2所示，若幹個(ge) 不同中心波長的光纖光柵傳(chuan) 感器串聯成一個(ge) 傳(chuan) 感器陣列，寬帶光源發出的光信號經過光纖光柵傳(chuan) 感器陣列反射後，進入到波長檢測係統，完成光電信號的轉換、采集和處理，獲得每個(ge) 傳(chuan) 感器的溫度測量值。作為(wei) 整個(ge) 光纖光柵傳(chuan) 感係統的核心，波長檢測係統的性能直接決(jue) 定了整個(ge) 傳(chuan) 感係統的性能。

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係統將反射光通過一個(ge) 散射分光成像係統（如圖3所示），利用光電探測器陣列獲得整個(ge) 40nm帶寬範圍內(nei) 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(yu) 處理，精確獲得每個(ge) 反射峰的中心波長值。結合預先設定傳(chuan) 感器溫度敏感參數，計算得到每個(ge) 光纖光柵傳(chuan) 感器所在位置的溫度信息。整個(ge) 波長檢測係統無可動部件，相對可調諧濾波器波長解調方案，避免了由於(yu) 可調諧濾波器壓電陶瓷老化特性帶來的長期穩定性問題，係統可靠性高，長期穩定性好。

三.係統特點

HO-3000光纖光柵隧道火災監測係統是根據公路、地鐵隧道等消防安全監測的實際需求，結合先進的光纖光柵傳(chuan) 感技術研製開發的新型溫度監測報警係統。和其他感溫火災監測係統相比，本係統具有如下特點：

1. 本質安全，防燃防爆

HO-3000係統測溫部分采用全光纖結構，真正實現了無源溫度監測，自身不帶電，不發熱，不會(hui) 因為(wei) 傳(chuan) 感係統的布設帶來安全隱患。

1. 測溫精度高

整個(ge) 溫度傳(chuan) 感係統的溫度分辨率為(wei) 0.1℃，溫度測量精度為(wei) ±2攝氏度，並且係統測量精度和溫度分辨率不隨光纜長度、溫度測點個(ge) 數的增加而降低。

1. 響應時間短

本係統采用並行光譜采集處理技術，每通道的測量時間與(yu) 通道內(nei) 的傳(chuan) 感器個(ge) 數無關(guan) ，每通道的光譜數據采集實現小於(yu) 2毫秒，加上數據處理以及與(yu) 外部通信，每通道溫度刷新時間不大於(yu) 0.2秒，並且與(yu) 溫度分辨率、測量精度無關(guan) 。

1. 實時在線監測

本係統能夠對隧道中所有測點的溫度進行7x24小時不間斷監測，並且可根據需要定時保存溫度測量數據，為(wei) 隧道的結構健康監測提供輔助數據。

1. 精確的空間定位

光纖光柵溫度傳(chuan) 感屬於(yu) 準分布式溫度測量，一個(ge) 傳(chuan) 感器與(yu) 一個(ge) 測點對應，並且每個(ge) 傳(chuan) 感器具有全局性。通過監測軟件可以精確確定發生過溫報警的傳(chuan) 感器位置，定位偏差僅(jin) 為(wei) 傳(chuan) 感器布設間距的一半（約3米）。

1. 靈活的報警控製

用戶可以直接遠程登錄主機或通過遠程監測軟件，對整個(ge) 火災報警係統的報警參數進行設置，並可根據傳(chuan) 感器位置及當期氣候條件，對每個(ge) 傳(chuan) 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

本係統中每個(ge) 光纖傳(chuan) 感通道上的每個(ge) 溫度傳(chuan) 感器具有波長性，任何一個(ge) 傳(chuan) 感器的損壞包括斷纖都可以監控軟件中精確定位。係統每進行一次溫度測量的同時進行係統的自我檢測與(yu) 診斷，實時發現傳(chuan) 感器失效和光纜損壞，以便於(yu) 及時的維修與(yu) 維護。

1. 強大的軟件功能

遠程監測軟件通過網絡與(yu) 測溫主機進行通信，在人機界麵上實時顯示每個(ge) 溫度測點的位置、溫度值、溫度變化情況等。當測量溫度大於(yu) 預設報警溫度時，測溫主機觸發報警控製器動作，啟動噴水降溫裝置或滅火裝置，監控軟件亦能觸發軟件界麵的聲光報警，提醒值班人員盡快處理。同時操作人員還可以對每個(ge) 溫度測點的曆史溫度數據、報警紀錄進行多條件查詢，生產(chan) 安全運行報表等。

四.係統組成

HO-3000光纖光柵隧道火災監測係統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
• 信號處理係統
• 火災報警控製器
• 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測係統傳感鏈路安裝示意圖

1. 光纖光柵溫度傳感器布設示意圖

根據項目的需求測溫主機配8個(ge) 通道測溫主機，每個(ge) 光纖通道可連接一條測溫光纖光柵傳(chuan) 感器陣列，一條測溫光纖光柵傳(chuan) 感器陣列由20隻溫度傳(chuan) 感器組成，傳(chuan) 感器陣列中的每隻傳(chuan) 感器間距10米，每條傳(chuan) 感器陣列可檢測200米。

1. 安裝流程

1. 溫度傳感器陣列部分

溫度傳(chuan) 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(chuan) 感器周圍良好的空氣流動。

1. 使用電錘，根據膨脹螺栓的大小選擇鑽頭，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。

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，然後依次把鋼索輕輕固定在支架卡槽，製藥可以掛住鋼索不掉落即可，連續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。

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。尾端使用紮帶固定以防花落掛鉤，鏈路應以鬆弛狀態掛在掛鉤上。安裝完畢*條，第二條則以首端開始，使兩串鏈路首首相接，首端兩隻傳感器間距10米，剩餘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(chuan) 輸光纜采用標準G652型鎧裝通信光纜，從(cong) 離主控室遠的兩(liang) 串鏈路引導電纜溝位置開始敷設到集控室內(nei) 。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(chuan) 感器陣列可通過傳(chuan) 輸光纜連接到主機的輸出通道上。

1. 火災報警控製器部分

火災報警控製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(yu) 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(ce) 麵，安裝位置距地麵1.4m，安裝間隔為(wei) 50米，連接線為(wei) 雙絞線，穿管敷設至設備隧道洞，與(yu) 火災報警控製器連接。

六.係統設計

在隧道火災監測報警係統設計時，除遵守國家法律法規要求外，還要根據實際情況選擇合適的係統配置，以便於(yu) 設計出一個(ge) 可靠、經濟、實用的火災自動報警監控係統。

項目中隧道設計案例。

1.      1.63公裏隧道

主要參數：

溫度測點個(ge) 數：160個(ge)

單條傳(chuan) 感器陣列監測距離：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台   

光纖光柵溫度傳(chuan) 感器陣列JC-W02：8條

監測軟件（JC-SOFT）：1套

傳(chuan) 輸光纜：12芯多心光纜1.8公裏

研華工控機IPC-610