光纤光栅介绍.doc

完整word版)光纤光栅介绍
2．项目实施内容及目标
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。
作为一种特殊的建筑物，在其道路运营过程中，如遇火灾发生或其他因素造成隧道主体工程损坏，损失巨大。隧道火灾往往由与汽车相撞、车辆装载物品燃烧或爆炸、电力电气线路短路等事故引发，由于隧道环境密闭、交通量大、人员密集，逃生和救援工作相当困难,若一旦发生火灾后不能迅速报警和及时处理，将导致交通堵塞、重大人员伤亡和财产损失.
火灾检测与报警系统的设置,其宗旨就在于及时发现隧道内异常状态的发生，快速组织救援最大限度地减少损失。
《公路隧道交通工程设计规范》中对火灾探测器的描述为“火灾形成与发展的阶段分为前期、早期、中期及晚期四个阶段,各阶段特征不一,前期表现有一定的烟雾；早期烟量增加并出现火光；中期表现为火灾形成，火势上升很快；后期表现为火势扩散.由于隧道环境较为恶劣，同时又具有通风装置,烟雾度不便控制。因此，隧道内火灾检测着重点从早期开始”.
针对高速公路隧道的特点我们建议对项目中的隧道线路监控采用光纤光栅感温火灾探测系统，该系统采用线型光纤感温火灾探测器的自动探测报警与手动报警相结合的方式实施隧道的安全监控。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.
光纤光栅自动探测系统与火灾手动报警系统相结合,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.
火灾报警系统应能及时、准确的反馈出隧道内火灾发生的地点及报警信号。经传输线路至监控计算机系统，火灾报警后应能自动(或手动）将主监视器切换到发生火灾的位置，经人工确认后，由中控室计算机系统制订出相应的控制措施。
3。标准及规范
TGW系统采用的所有设备的设计、制造、检查、试验及施工都遵守最新版IEC标准和中国国家标准（GB）等，具体如下：
l 《火灾自动报警系统设计规范》 GB50116—98
l 《火灾自动报警系统施工及验收规范》 GB50166—2007
l 《工业自动化仪表工程施工及验收规范》 GB50093—2002
l 《线型光纤感温火灾探测器》 GB/T-21197—2007
l 《公路隧道火灾报警系统技术条件》 JT/T610—2004
l 中国消防电子产品质量监督检验中心的型式检验
l 通过交通部重庆交科院的隧道点火响应时间试验
l 通过中南国家计量测试中心的定期校验

4。光纤光栅感温火灾探测系统的组成及工作原理
武汉理工光科股份有限公司的光纤光栅感温火灾探测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15-20个左右，不能满足隧道的应用需求。
武汉理工光科股份有限公司的光纤光栅感温火灾探测系统将传统波分复用技术和全同光纤光栅复用技术结合,使用波分复用与全同光纤光栅混合复用方法，解决了隧道火灾报警的难题。
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,系统将监测场所分为多个防火分区，不同防火分区以全同光栅的波长l1，l2…ln进行区分，每个分区长度为50－100米。l1,l2…ln中每一个波长对应的防火分区内有许多监测点，同一防火分区的所有监测点采用全同光栅，通常100米的监测区布设10~15个监测点，这些监测点上的光纤光栅的反射波长都等于该区域的对应波长。如果系统检测到li波长产生了移动，就表明它所监测的防火分区的温度发生了变化,若温度变化超过了设定值，系统就会报警。这种混合复用的方法,大大增加了系统的测量距离和测量点数，使之能够应用到更长距离的监控场所工程中去.
5。系统的主要特点和性能指标
5.1系统的特点
光纤光栅感温火灾报警系统是武汉理工光科股份有限公司研制开发的并拥有自主知识产权的一种温度监测报警系统,它采用先进的光纤光栅传感技术，适用于各种恶劣环境下长距离、高精度的温度监测。
² 对温度实时、分布监测
TGW系统对监控场所中所有分区的温度进行实时在线、全天候24小时监测，对确定事故地点以及火势蔓延方向提供重要数据。
² 灵活的报警控制
TGW系统测量的是连续的温度信号,可设置多级定温报警，比如在70℃时预报警，90℃时报警并采取措施，并且可以根据环境不同进行修正.
在定温报警的同时，还可以设定多级差温报警，根据温度上升的快慢程度给出不同的报警信号。两种报警方式结合可以基本消除误报。
² 响应时间短
TGW系统的响应时间不超过10秒，而且与监测长度与精度无关，对温度变化做出及时的反应.
² 准确性、可靠性
采用先进的数字式测量技术,不受光源波动、连接损耗、光缆的随机振动等因素的影响。产品经国家消防电子产品质量监督检验中心检测合格，企业通过了ISO9001：2000认证。
² 优良的兼容性
TGW系统可以通过RS232/485标准端口或者继电器输出与外部其它控制设备进行通信，可以与消防领域中使用的其它系统联网。
² 灵活的布点措施
TGW系统组成方便灵活，各检测系统相对独立，避免了设备间的影响;可根据工程需要，灵活方便的选择探头位置和疏密程度。
² 安全特性
TGW系统的光纤光栅感温探头对温度信号的采集是在无电的情况下进行的，本质防燃防爆。
² 自检功能
TGW系统具有自检功能，通过尾端的自检探头可实时监测自身运行情况并输出故障报警声光信号。
5。2信号处理器主要性能指标

光纤光栅感温火灾探测信号处理器为架装式,设置在隧道口的变电站或隧道管理所内，安装在仪表控制柜上，采用DC24V供电，输出信号为RS485/232和无源接点开关信号。信号处理器的光通道接口分别连接隧道内光纤光栅传感器。各个分区的报警信号通过光纤光栅感温火灾探测信号处理器输出给火灾报警控制器，实现火灾报警及地址判断。
² 信号处理器应在隧道变电所环境内正常工作；
² 报警温度设定范围: 40℃~95℃
² 报警温度出厂设定： 70℃
² 显示范围: 0℃～95℃
² 显示分辨率： 0.1℃
² 响应时间： 〈30s
² 仪表工作温度: 0℃～40℃
² 仪表工作相对湿度: ≤90％
² 工作电压： 24VDC±15%
² 工作电流： <800mA
² 仪表外型尺寸： 450mm×130mm×290mm （宽×高×深）
² 仪表安装方式: 盘装式
² 防爆等级： ［Exia]ⅡC
² 输出信号：
一组常开（常闭)火灾报警开关信号
一组常开（常闭）故障报警开关信号 两个以太网RJ45接口，RS232串行DB9接口,
通过火灾报警控制器和上位计算机可实现分区温度显示、分区温度报警和各光路故障报警.

5。3探测器（检测探头）主要性能指标

² 探测器现场检测探头能够全天候正常工作，免维护。
² 类 型： 差、定温复合、可恢复、探测型
² 探测单元工作温度: －40℃～+120℃
² 探测单元封装尺寸： Φ7.5*95mm
² 探测光缆传输距离: ≤25km
² 最小弯曲半径: 300mm.
² 防爆等级： ExiaⅡCT6
² 探测器长度： 100—200m
² 探测器均布光栅感温点间距: 5m
² 报警分区长度： 25m
² 防护等级 IP67

5.4传输光缆及光缆接续盒
传输光缆将控制室内信号处理器和监控场所内光纤光栅探测器连接在一起，用来传输光信号。光缆接续盒用来保护光纤接头的熔合点，使之能在恶劣环境下正常工作
5.5直流电源主要性能指标
为信号处理器提供24伏直流电源。
² 输出功率 DC2410型－DC 24V/10A，240VA; 效率 81％
² 输入电压 AC 220V ±10％；
² 输出电压 DC 24V±5％；
² 。蓄电池容量 40AH；
² .工作方式 连续工作；
² .工作环境温度 —10～40℃；
² 。相对湿度 ≤90 RH。
当某个分区内任意一个监测点附近发生火灾时，信号处理器就会获得该分区的位置，并发出报警信号，系统示意图如图3-1所示。
当某个分区内任意一个监测点附近发生火灾时，信号处理器就会获得该分区的位置，并发出报警信号，系统示意图如图3—1所示。
所有的光纤光栅传感器均用传输光缆将信号传输至控制室的仪表柜，分别与对应的信号处理器通道连接,信号处理器将光纤光栅传感器的信号转换为温度信号和报警信号，并传输至隧道中控室，与火灾报警控制器(柜机）配接,火灾报警控制器根据接收的信号可以进行本地控制，也可以通过标准通信端口与监控分中心的消防计算机连接，将温度、报警信号传输至消防计算机。
7。工程安装及调试
系统各部分的安装如下所述：
1) 探测器部分：
探测器通常安装在监控现场顶部；
隧道内探测器安装据天花板120mm，以保证光缆周围良好的空气流动。先用固定支架将钢索固定，支架采用膨胀螺栓固定在现场中间顶部,其纵向间距20M—30M，施工人员在移动升降平台上作业，先安装支架,并将钢索固定,再将探测器线缆用线夹固定在钢索上,一根探测器线缆安装完毕后,将探测器尾纤沿隧道壁敷设(或穿护管）至隧道侧面光纤接续盒，与传输光纤进行熔接;
2) 传输光缆部分：
光纤光栅感温火灾报警系统的信号传输采用阻燃光缆,光缆沿隧道侧面布置，在光纤接续盒处通过隧道壁的穿护管连接光纤光栅探测器。
3) 信号处理器部分：
光纤光栅感温火灾探测信号处理器为架装式,安装在仪表控制柜上，采用DC24V供电，输出信号为RS485/232信号.信号处理器的四个光通道接口分别连接隧道内光纤光栅传感器.各个分区的报警信号通过光纤光栅感温火灾探测信号处理器输出给火灾报警控制器,实现火灾报警及地址判断。
4) 火灾报警控制器部分:
火灾报警控制器安装在仪表控制柜上，它负责接收来自光纤光栅感温火灾探测信号处理器的开关量报警信号或故障信号，提供报警、故障、分区位置等信息，并将这些信号通过通讯方式传送至消防主控室计算机系统,由主控室计算机系统进行报警介面显示，经确认后采取相应措施.