光纤光栅火灾探测系统在高速公路中的应用研究

光纤光栅火灾探测系统在高速公路中的应用研究（共3篇）（共3篇）

1.光纤光栅火灾探测系统在高速公路中的应用研究 篇一

高速无线通信系统在光纤陀螺动态测试中的应用

开发了一种高速无线通信收发系统,实现了光纤陀螺到计算机高速无线数据传输,降低了光纤陀螺动态测试环境引起的误差.此系统以无线通信收发芯片nRF24E1为核心,利用芯片内集的RADIO模块和8051控制器,构成高速无线通讯模块,将陀螺数据以2.4 GHz载波频率发送.系统体积小,装置简单,误码率低,运行稳定.

作 者：徐莉 牟旭东 杨建华 XU Li MOU Xu-dong YANG Jian-hua  作者单位：浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州,310027 刊 名：传感技术学报  ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS 年，卷(期)：2006 19(2) 分类号：V241.5 关键词：无线通信   高速数据传输   nRF24E1   光纤陀螺  

2.光纤光栅火灾探测系统在高速公路中的应用研究 篇二

1 光纤光栅感温火灾探测报警系统

在油罐和油库等高危险场合, 传统的带电型的火灾探测器, 由于不能满足本质安全的要求, 是不能在这些区域使用的;而光纤光栅温度传感器则能胜任这类恶劣环境下的工作。

光纤光栅传感器是刚兴起的新一代传感元件, 其检测的是光的波长变化, 传感器及其探测系统是靠光缆连接而进入被测现场, 在现场只有光信号。这就决定了系统具有高安全性、高可靠性、高绝缘性、高抗电磁干扰性、防潮耐蚀、寿命长等其他探测报警系统无法比拟的优越性能。光纤光栅感温火灾探测报警系统由宽带光源、光耦合器、光信号解调器、传输光缆、连接光缆、感温探头等构成, 如图1所示。

2 光纤光栅的工作原理

光纤光栅是利用激光在光纤传感器内的光纤芯上, 刻制一定间距的若干条纹, 形成一个光栅元件。当一束宽带光源通过光纤传输时, 由于光纤光栅的存在, 某一特定波长的光线将不能通过而被反射回来, 其他波长的光纤则顺利通过。光纤光栅传感器的基本工作原理见图2。

反射光的中心波长和光纤栅距之间的关系为:λB=2Neff·∧

式中, ∧为光纤光栅的周期栅距;2Neff为光纤光栅的有效折射率。

对于特定的栅距∧, 反射的波长λ非常稳定, 当栅距发生变化时, 反射的波长随之而变。因此, 通过改变制造工艺, 可以生产出反射不同波长的光纤光栅传感器;若外界环境的变化使栅距发生变化, 则反射波长也会发生变化。

当光栅周围的环境温度发生变化时, 由于光纤光栅传感器的热胀冷缩效应, 光栅的周期条纹间距会发生变化。精确地监测出反射光的波长以及它的偏移Δλ, 就可以测出光纤光栅传感器所处环境的温度及变化量。光纤光栅波长与环境温度的关系如图3所示。

3 报警系统在罐区的应用

3.1 系统构成

以16#罐区为例, 光纤光栅感温火灾探测报警系统的构成 (如图4所示) 包括:1套i-smart1115信号处理器、6座50000m3外浮顶原油储罐、372个感温探头、传输光缆 (单模6芯) 和连接光缆 (单模单芯) 。

每个储罐设置了62个TMS-03型温度传感器, 随连接光缆安装在浮顶浮盘上, 由专用的卡具固定在二次密封圈的外沿。由于i-smart1115信号处理器的每个通道能连接25个感温探头, 因此在实际施工中, 将每个储罐的62探头平均分成了4组, 这4组探头和连接光缆分成4串, 分布在浮盘周围上, 环绕罐壁2周。4串感温探头和连接光缆在光纤分线盒内, 和单模4芯的传输光缆连接起来。传输光缆进入机柜内部后, 再进入光纤接线盒, 又分为了4路光信号, 由4光纤跳线分别连接到光纤信号处理器的4个通道。

光纤信号处理器内的宽带光源发射宽带光波, 经感温探头反射回光信号, 进入光机模块, 在这里进行解码, 并转换成电信号;然后, 通过SCSI接口连接到工控机的数据采集卡上, 在工控机内部完成温度信号和温差信号的转换, 并通过专用的软件, 实现温度数据显示、报警、趋势、打印等功能。工控机采用标准以太网、RS-232485通信接口, 能够很方便地与上位机和其它系统 (如消防系统) 通信, 并提供两种触点输出信号, 用于控制声光报警设备和连接启动消防喷淋系统。i Smart 1115光纤光栅信号处理器的技术指标如表1所示。

3.2 系统运行效果

光纤光栅感温火灾探测报警系统施工完成后, 厂家和仪表施工人员共同采用水浴法模拟火灾报警, 对系统进行了测试。现场调试合格后, 经过企业消防和安环部门的验收, 系统达到了设计标准, 能满足安全生产的要求。该系统于2008年6月25日正式投用, 在油品车间1#和16#罐区运行至今, 效果良好, 未出现误报警和其它故障信息, 为原油罐区的安全运行提供了有力的保障。

4 结语

光纤光栅温度传感器作为一种本质安全的感温元件, 配合监测及报警系统, 是一项全新的应用技术, 正在逐步推广应用。该火灾报警系统结构简单、灵敏度高、性能可靠稳定, 易于实现火灾报警的自动化和网络化, 是火灾探测自动报警系统的发展方向。

参考文献

[1]廖延彪.光纤光学[M].北京:清华大学出版社, 2000

3.光纤光栅火灾探测系统在高速公路中的应用研究 篇三

大型火电厂一旦发生火灾事故, 如果不能及时处理, 不仅严重影响到电厂的正常运行, 而且对主电网的安全稳定运行带来严重威胁, 对正常生产和人民生活用电也相应受到严重影响, 直接或间接造成的损失都很大。事实证明, 采用火灾自动报警系统的作用明显, 在火灾处于阴燃阶段时感烟探测器就能发现火情, 大大提高了火灾发生的反应时间, 这对防止和减少重大火灾发生是十分重要的。火灾自动报警系统的采用, 使电厂防火“以防为主, 防消结合”的原则得到充分体现。随着社会科学技术的飞速发展, 火灾报警系统更新换代的步伐不断加快, 误报和漏报情况基本解决, 智能火灾报警控制系统日益成熟, 产品性能也更加完善。

2 选择火灾探测器的原则

火灾探测器是火灾自动报警系统中非常关键的设备, 是判断火灾发生的主要判据, 它的稳定性和先进性决定了整个火灾自动报警系统的可靠性, 大型火电厂工程设计中探测器的配置选型是否正确, 合理是影响可靠性的重要因素。不同种类火灾探测器, 其响应原理, 结构特点, 适用场所均不同。在设计中, 应根据探测区域内可能发生火灾的燃烧特点及其安装环境, 以及可能引起误报的原因等因素, 选择合适的探测器。

根据火灾特点, 选择火灾报警探测器时, 应符合以下原则:

(1) 在封闭的空间或火灾初期有阴燃阶段, 产生大量的烟和少量的热, 很少火焰辐射的场合, 应该选用感烟探测器。

(2) 在火灾发展迅速, 产生大量的热, 烟和火焰辐射的场合, 应选用感温探测器, 感烟探测器, 火焰探测器或其组合。有强烈火焰辐射和少量的烟和热的场合, 应选用火焰探测器。

(3) 在电缆夹层, 电缆竖井, 电缆沟道采用感温电缆或者光纤感温火灾探测器, 本文着重对这两者之间的选用进行分析和对比。

总之, 在选择火灾探测器时, 除了参考上述原则外, 还必须遵守国家标准《火力发电厂与变电站设计防火规范》 (GB50229-2006) 《火灾自动报警系统施工及验收规范》 (GB50166-2007) 和火灾自动报警系统设计规范 (GB50116-98) 等规定, 并根据厂家产品技术性能, 结合火电厂实际情况来决定探测器选型。

3 线型感温电缆和光纤感温火灾探测器的原理

线型感温电缆从动作性能来分类:可分为定温型, 差温型, 差定温型, 从工作方式分类:可分为不可恢复式 (开关量) , 可恢复式 (模拟量) 感温电缆。

开关量线型感温电缆, 其探测原理是热敏电缆受热后电阻率降低从而触发开关量的温度报警, 根据不同的场合选用不同额定动作温度的感温电缆。模拟量感温电缆由四芯铜导线组成, 每根截流导线覆盖着一层具有负温度系数特性的绝缘材料, 四根导线均匀绞在一起, 组成系统时末端两两短接成两个互相比较的监测回路, 环境温度变化通过感温电缆传到控制接口模块, 当探测区的温度达到或超过系统报警值时, 系统发出火灾报警信号。

光纤感温火灾探测器是采用光纤的背向拉曼散射 (RAMAN) 温度效应和光时域反射原理 (OTDR) 研发的光纤温度探测处理器, 其工作原理为当激光器发出一束激光, 通过耦合器调制后射入感温光纤中, 光纤反射回的拉曼散射光通过光谱分离模块分解成不同波长的Stokes散射光和Antistokes散射光, 其中Stokes散射光的强度与温度弱有关, 而Antistokes散射光的强度与温度强有关通过对两束光信号进行处理和对比计算得出温度沿光纤的分布曲线。利用光时域反射技术 (OTDR) 通过计算光在光纤中的传输速度和回波时间实现对所有温度点的定位。

4 线型感温电缆和光纤感温火灾探测器的性能对比

4.1 报警方式:

线型感温电缆对分区的火灾情况进行报警, 但不能定位, 只能判断火警区域 (100m~200m) 并且报警之前没有任何征兆, 报警时火灾往往已形成一定规模, 属于事后报警。光纤感温火灾探测器时刻监视电缆温度, 在发生火情之前提前告警, 例如可以设置60℃一级报警, 70℃二级报警, 85℃火灾报警, 又能准确定位, 能够很快找到具体的发热点或火灾点, 显示事故点温度变化的类型, 显示事故点温度读数及位置 (精度±1℃, 1~2m) 并具有火情分析功能, 对火情的大小, 火情的蔓延方向及烟雾方向做出准确判断, 给救灾工作提供便利数据。

4.2 火灾报警的设计方式:

线型感温电缆对每个防火分区安装微机头带适当长度的感温电缆, 报警时可以知道具体某个分区的信号, 感温电缆需要正弦波贴附安装。光纤感温火灾探测器的报警区域可以根据现场实际情况在系统上设定, 对安装在现场的探测光缆没有任何影响, 便于电厂复杂的环境, 标定后分区准确, 每个报警区可以根据现场情况设定不同报警值, 适应现场复杂多变的环境。

4.3 安全可靠性:

线型感温电缆具有一定的抗电磁干扰, 抗机械损伤的能力, 但受绝缘老化和长时间的电磁干扰, 以及微机头受潮受电磁干扰等诸多因素的缘故, 使用年限越久性能越不稳定, 误报率越高, 使用寿命较短。光纤感温火灾探测器的光纤是有Si O2晶体组成, 性能非常稳定, 不受电磁干扰影响, 安全可靠性高, 光纤测温控制主机采用特殊的抗电磁干扰材料, 并置于控制室内, 因此整个光纤探测系统不会受电磁干扰, 可靠性高, 使用寿命一般大于20年。

4.4 设备安装:

线型感温电缆, 每段电缆需配一个终端盒和微机头 (带电) , 单根电缆长度不超过200米每个微机头与控制室的火灾报警控制器之间还的安装电源电缆, 需要紧贴以正弦波的方式敷设, 安装难度大, 影响今后电缆改装。光纤感温火灾探测器只需敷设感温光缆 (无任何带电部件) 安装比较简单。采用抗拉伸, 抗冲击, 外径小, 柔韧的光缆, 可以按照正弦波方式或者直线悬吊敷设。

4.5 可恢复性:

线型感温电缆中可恢复性感温电缆180℃以下可恢复一次, 180℃以上为不可恢复温度, 报警受损后, 须更换整段电缆。光纤感温火灾探测器达到报警点后利用软件进行复位, 不损伤光缆, 当光缆部分受损后, 只须采用光纤熔接机对受损点熔接即可, 感温光缆测温范围一般在-30℃~250℃特种光缆可达500℃。

结束语