光纤光栅油罐火灾报警系统

地址：上海市闵行区联航路 1588 号 2A302 室 电话：＋86-21-34639681/34639682/34639684 传真：＋86-21-34639682-829 http://www.senpotek.com
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上海森珀光电科技有限公司 Shanghai Senpotek Electro-Optics Co.,Ltd
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纤光栅成为性能优异的温度测量敏感元件。 透射过去的剩余宽带光可以继续传输给其他具有不同中心波长的光纤光栅阵列， 其中相应中心波长的窄带光系列将被逐一反射，全部沿原传输光纤返回。由此可实现 多个光纤光栅传感器的串接复用。 光纤光栅的上述特性使之成为电力设备温度在线监测及危险化工品存放储罐区 火灾探测的最佳选择。
1 光纤光栅传感技术简介
传统的光纤传感器绝大部分都是“光强型”和“干涉型”的，前者的信息读取是 测量光强大小，因此光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素会影响 测量精度，典型产品有基于 OTDR 技术的分布式光纤测温系统；后者的信息读取是观 察干涉条纹的变化，这就要求干涉条纹清晰，而干涉条纹清晰就要求两路干涉光的光 强相等，使光纤光路的灵活和连接的方便等优点将大打折扣，而且它是一种“过程传 感器”而不是“状态传感器”必须要有一个“固定参考点” ，这样就给光纤传感器的 应用带来了难度，典型产品有加拿大 FISO 公司基于 Fabry-Pérot 干涉仪技术的光纤温 度、应力变形测试仪。 上海森珀光电科技有限公司所开发的光纤光栅（Fiber Bragg Grating ）传感技术是 上世纪末期开始发展并得到国内外广泛应用的一种世界上最先进的光纤数码传感技 术。其实现原理是：直接在石英单模光纤上制作多个光栅，封装保护后形成光纤传感 链，可高精度地同时测量成百上千点的温度。由于光纤传感链中传感器和传输线是合 一的，均为石英单模光纤， 唯一的区别在于传感器是石英单模光纤中经过加工、处理、 封装、保护的局部一段长度（一般为 10mm 左右） 。所以，光纤光栅传感技术最主要 的优点就在于现场不供电，免受雷击损坏和电磁干扰；此外，由于光纤光栅感温火灾 探测信号处理器采用并行光谱探测技术，系统中所有感温探头的单次同步扫描时间小 于一秒钟，加之感温探头的快速导热封装，使得光纤光栅感温探头的有效监测半径超 过 12 米，大大提升了火灾探测的覆盖区域和提前预警、准确报警能力。
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目录
概述......................................................................................................................................... 3 1 光纤光栅传感技术简介.................................................................................................... 4 1.1 光纤光栅传感技术特点........................................................................................... 5 1.2 光纤光栅的制作原理.............................................................................................. 5 1.3 光纤光栅的测量原理.............................................................................................. 6 2 光纤光栅油罐感温火灾探测系统介绍............................................................................ 7 2.1 系统工作原理.......................................................................................................... 7 2.2 系统技术指标.......................................................................................................... 8 2.3 主要设备技术指标.................................................................................................. 9 2.4 系统软件功能........................................................................................................ 10 3 油罐群感温火灾探测方案设计...................................................................................... 12 3.1 监测方案说明........................................................................................................ 12 3.2 光纤光栅感温火灾探测器安装照片.................................................................... 14 3.3 设备及耗材............................................................................................................ 14 3.4 系统参考标准........................................................................................................ 15
概述
石油化工系统贮罐区绝大部分处于人口稀少的旷野地区， 周围环境相 对恶劣，而油罐直接曝晒在阳光下，易引起局部高温，甚至由于油气挥发 达到一定浓度，导致火灾的发生。 长期以来，油罐外壁的温度很难实时监测，这是因为油罐地处荒野， 且本身的存储物又是高危产品——各种油品。 传统的感温火灾监测系统自 身的可靠性、实时性及用于危险化工区域的本质安全性难以保证。所以， 近年来储罐区火灾事故已发生多起，造成巨大的经济损失。 光纤光栅感温火灾探测系统是上海森珀光电科技有限公司针对石油 化工行业用户专门开发的一套新型的分布式光纤感温火灾探测系统。 该系 统的设计思想是：在储罐罐顶及外壁以一定的密集度（一般为 6 米点距） 分散式安装具有快速温度响应特性的光纤光栅感温探头， 用防静电光纤尾 纤将这些光纤探头串接成链，最后汇聚到一根多芯光缆远程连接到监控 室。 在监控室内通过一台或多台信号处理器可在 1 秒钟内实现所有测温点 的温度采集及图形&数字显示、声光报警，也可与消防装置联动或与其他 管理系统通信。
制作完成后的光纤光栅相当于在普通光纤中形成了一段长度为 10mm 左右的敏感 区，可以准确感测温度、应力的变化。 1.3 光纤光栅的测量原理 光纤光栅属于反射型工作器件，当光源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时， 它与光场发生耦合作用，对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，并沿原传输 光纤返回；其余宽带光则直接透射过去。
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维护成本低：系统正常工作寿命长达数十年，无需定期检定。
1.2 光纤光栅的制作原理 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性：即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者 折射率的永久性变化， 用紫外激光直接写入法在单模光纤 （直径为 0.125mm ～0.25mm ） 的纤芯内形成的空间相位光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。 其制作方法如下图所示：
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光纤光栅感温火灾探测系统 方案设计
上海森珀光电科技有限公司
2010 年 09 月
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1.1 光纤光栅传感技术特点 � 技术先进：不是简单地使用光纤直接进行量测，而是采用世界上最先进的光纤数 码传感技术，在石英光纤上制作多个光栅，封装保护后形成光纤传感链，具有极 高分辨率 � 产品可靠：在国内外各领域大量重大工程中成功应用，有众多用户使用报告 � 完善的产品认证：通过中国计量科学研究院、国家消防电子产品质量监督检验中 心、中国电力科学院、石油和化学工业电气产品防爆质量监督检验中心等国家权 威机构认证 � 全光型：光纤探测并直接进行信号传输，现场不需供电，不受电磁干扰，不受雷 击 � 高精度：在所有类型光纤传感器中具有最高的测量精度，指标优于传统的测温传 感器 � 事前预警：可在 1 秒钟内完成上万个监测点的数据采集，可在火灾灾害发生前预 警 � 无零漂：绝对量测量。光源衰减和线路损耗不影响测量精度，无需现场率定 � 布线简洁：支持线形、多级星形及混合方式组网，施工快捷。避免了光纤缠绕、 迂回方式布线引入的污闪、爬电及高压侵入等隐患
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窄带反射光
宽带入射光
剩余宽带透射光
光纤包层（Cladding ） 光纤纤芯（Core ）
反射回的窄带光的中心波长值随着作用于光纤光栅的温度而线性变化，从而使光
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2 光纤光栅油罐感温火灾探测系统介绍
2.1 系统工作原理 上海森珀光电科技有限公司研发的光纤光栅感温火灾探测系统使用光纤作为感 温元件和信号传输介质，为提高光纤对温度的敏感程度及准确定位能力，采用国际最 先进的光纤局部加工技术，在普通单模光纤上制作一系列的温度敏感区—— 光纤光 栅，这些敏感区可以精确、灵敏地探测到周围温度的细微变化，而光纤的其他部分只 是用于信号传输，对机械应力和环境干扰不敏感，从而保证整个光纤光栅感温探测系 统的高灵敏性和低误报率。 光纤光栅感温探测系统主要由光纤光栅感温火灾探测器、光纤光栅感温火灾探测 信号处理器以及信号传输光缆等几部分组成。 其基本原理是利用光纤光栅感温火灾探测器内部敏感元件 ——光纤光栅反射的 光学频谱对温度的敏感特性，通过光纤光栅感温火灾探测信号处理器内部各功能模块 完成对光纤光栅感温火灾探测器的输入光源激励/ 输出光学频谱分析和物理量换算， 以 数字方式给出各监测点的温度信息，并根据预先设定的报警温度设定值和报警温升速 率实时给出火灾预警和报警信号。