《工程机电论》word版

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1、光纤光栅预警系统对隧道火灾的防范与控制学院名称：土木工程学院课程名称：工程机电学生姓名：学号：指导教师:二○一四年十一月8目录第1章引言31.1隧道火灾的危害31.2火灾的特点与光纤的工作原理3第2章光纤光栅报警系统对隧道的适用性42.1适用于隧道的优点42.2系统存在的技术问题5第3章光纤光栅报警系统的应用53.1系统应用于隧道中的设计方式63.2系统于火灾反馈的优点6第4章结论与展望64.1结论64.2展望7参考文献88一．引言（1）隧道火灾的危害近几年来，世界上相继发生了好几起特大公路隧道火灾事故，均造成了大量的人员伤亡和车辆毁坏，引起局部隧道顶部出现坍塌，并

2、使该路段交通在事发后较长一段时间内一直处于瘫痪状态。著名的实例包括欧洲的三把火——勃朗峰隧道火灾、陶恩隧道火灾以及圣哥达隧道火灾，勃朗峰隧道位于法国与意大利间，建于1965年，全长11.6km，采用意境洞双高交通。该隧道采用全横向通风，送排风道设于隧道底部；由法国和意大利共同管理，设有主从式监控中心两个。1999年3月24日早上，一辆装有黄油的货车在隧道内自燃引起大火，尽管实施了紧急 救援，但仍造成了41人死亡，43辆车烧毁，交通中断一年半以上重大生命财产损失。陶恩隧道位于奥地利境内，全长6.4km，总坡1.5%，每昼夜交通量14300辆，19%为大型载重车。该隧道

3、建于1975年，为全横向通风。1999年5月29日 凌晨1时49分，洞内正在维修作业，局部封闭一个车道。一辆大卡车将4辆小车撞破并引起大火，火灾持续4h，烧死13人，烧毁34辆车。从火灾发生至报警仅1min，求援人员赶到时已无法接近现场，火灾发生后45min救援才得以展开。这次火灾烧坏隧道主体结构长度达1100℃。事后修复工作共花费1000万奥地利先令，修复期3个月，而收费损失达4000万先令。而在1984的 瑞士，圣哥达隧道（全长12.32 km）内发生了由于塑料卷材引发的货车燃烧的火灾事故，造成巨大的人员和财产损失。而这仅仅是在欧洲，其他例子并不在少数。而公路隧

4、道火灾的严得危害性已引起世界各地人们的普遍关注。 随着我国公路隧道尤其是长、特长公路隧道的规划和建设，公路隧道的防火与救灾问题已引起人们的高度重视，而且已成为制约这些隧道建设的一项关键技术。这就需要火灾的动态预警，其关系到广大人名群众的生命安全以及财产安全，是一项刻不容缓的研究。（2）火灾的特点与光纤的工作原理发生在隧道中的火灾，多数是开放性火灾，它带有浓烟，其热辐射率为数兆瓦级，在数分钟内便可形成火灾。经广泛的试验(包括路面车辆和地铁列车)，一起火灾通常在8—10分钟完全形成。对于大型货运卡车，大约为20-30分钟。当有燃料泄漏并形成坑或池时，火灾在1-3分钟内完

5、全形成。而火灾现场的关键点问题有三个：火灾检测系统失效、火源点不明以及烟雾弥漫范围不清，这便引出了三个研究重点：光纤光栅预警系统、热释放率反演以及火情关键参数构建。8故而在隧道内布置光纤光栅预警系统已经成为现今最直接也是最有效的解决隧道火灾的方法，其工作原理复杂，由于温度、压力和张力等对玻璃纤维会造成影响，并且能够局部地改变光纤中的光线传导特性，从而光线在传导中会产生散射，并会在石英玻璃纤维中衰减，外部物理影响的位置就能够被确定，这样光纤就能够作为一种线性的传感器。光纤感温探测系统是一套利用光纤作为线性感温探测器的高新技术，其基本原理是利用光纤中石英分子键会受温度上

6、升而产生晶格振动。这种振动会导致在光纤中传输的光产生散射(喇曼散射及Rayleigh散射)，而散射量的大小可以直接反应温度的高低。因此光纤感温探测系统可以将环境温度以连续的线性方式表示出来。光纤感温探测系统的另一个崭新的技术是可以准确地定位温度变化的确切位置。系统通过OTDR、OFDR(光时域及光频域反射测量法)及连续FFT(快速傅立叶变换)对讯息进行外理，将微小的时空差别以频率方式体现出来实现精确定位，从而构成一套精密的光纤线性感温探测系统。光纤感温探测系统包括一个分析单元(频率生成器、激光源、光模、HF合成器和微处理器)以及一个石英光纤缆(LG)作为线性温度传感

7、器。一．光纤光栅报警系统对隧道的适用性（1）适用于隧道的优点而光纤光栅预警系统在隧道非常适用，具体体现在以下好几个优点：首先，它不包含任何电子器件，所以不会受到任何种类的电磁干扰的影响。第二，光纤传感线缆设计了优异的耐用性(可以预期大约50年的服务寿命)，所以对环境影响如温度，压力和湿度波动极具抵抗力，同样也适用于多尘和含有腐蚀性物质的空气中。第三，安装传感线缆和维护都十分容易，在线缆有损伤的地方可以像修复普通光纤一样接合。第四，传感线缆能够不受限制地切割成要求的长度，为每一个工程提供所需的长度，最长可达4千米。在功能方面，同时，光纤感温探测系统能够：第一，精确