光纤光栅火灾报警系统技术方案

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