光纤光栅感温火灾探测系统在西河南路隧道中的应用

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1、２０１５年第１５期（总第１６８期）江西建材交通工程光纤光栅感温火灾探测系统在西河南路隧道中的应用１２３１１■王智文，张鹏，张恒，刘智君，何唯平■１．深圳海川新材料科技有限公司，广东深圳５１８０４０；２．江苏省华建建设股份有限公司重庆分公司，重庆４０００００；３．上海启鹏工程材料科技有限公司，上海２０１２０９摘要：由于公路隧道火灾的特殊性和复杂性，并且一旦发生火灾造成的损失往综上表格所述，光纤光栅火灾报警系统能集多级定差温报警、手动往比较大。光纤光栅感温火灾探测系统可以实现几十公里的实时温度报警以及实时的温度

2、监测于一体，真正做到防患于未然，作为隧道的火监测，可以在最快的时间内捕捉到火情，非常适合于公路隧道等线型结情监测光纤光栅系统具有其它技术无可比拟的优势。构的火灾探测。本文以某公路隧道光纤光栅感温火灾探测系统为列，介２光纤光栅感温火灾探测系统绍了该系统的设计和施工，通过在运行过程中同图像型火灾探测系统的２．１光纤光栅技术原理比较，体现了该系统的功能特点。光纤光栅是是利用光纤芯层材料的光敏特性配合增敏处理，通过关键词：公路隧道火灾光纤光栅温度监测火灾探测系统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

3、成ＢｒａｇｇＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙａｎｄｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙｏｆｈｉｇｈｗａｙｔｕｎｎｅｌｆｉｒｅ，ａｎｄｏｎｃｅ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ｔｈｅｆｉｒｅｃａｕｓｅｄｌｏｓｓｉｓｌａｒｇｅｒ．Ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｉｎｇｆｉｒｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｅｎｓｏｆ约４０ｎｍ）经过光纤

4、光栅后，只有满足波长匹配条件的极小谱宽的光信ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ，ｃａｎｃａｔｃｈｆｉｒｅｉｎｔｈｅｆａｓｔｅｓｔｔｉｍｅ，ｖｅｒｙｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｈｉｇｈｗａｙｔｕｎ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ｎｅｌ．Ｔｈｅｌｉｎｅａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｉｒｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｈｉｇｈｗａｙｔｕｎ纤光栅，反射光的中心波长与Ｂｒａｇｇ光栅的栅格周期、光纤芯层的折射ｎｅｌｗｉｔｈｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｉ

5、ｎｇｆｉｒｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｃｏｌ率成正比。通过拉伸和压缩光纤光栅，或者改变温度，可以改变光纤光ｕｍｎ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐａｒｉ栅的周期和有效折射率，从而达到改变光纤光栅的反射波长的目的。ｓｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｆｉｒｅｉｍａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｒｅｆｌｅｃｔｓ反射波长和应变、温度、压力、压强等物理量成线性关系。ｔｈｅｓｙｓｔｅ

6、ｍｓｆｕｎｃｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｗａｙｔｕｎｎｅｌｆｉｒｅｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｆｉｒｅ应力、应变的封装结构，实现对温度变化的精确测量，图１经过封装后ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ的光纤光栅快速温度传感器。随着我国公路和城市交通的快速发展，人们对隧道的消防安全问题日益重视。由于公路隧道结构狭长的特点，加上入洞时的洞内外亮度的差异较大，因此隧道内易发生

7、事故，导致各种各样的火灾，并且由于隧道的“管状性”空间结构，往往极小的火情会导致大的火灾。如果能在隧道火灾初期能够发现火灾，采取相应措施，对于减少灾害的发生具有重要意义。１隧道火灾报警技术概述图１光纤光栅快速温度传感器目前随着我国高速公路的发展，车辆在隧道内出现的火灾事故可２．２光纤光栅隧道感温火灾探测系统组成能性也越来越高。隧道火灾不同于一般建筑火灾，特别对于长距离隧光纤光栅隧道感温火灾探测系统主要有以下部分组成：（１）光纤光道，一旦发生交通火灾事故，由于隧道空间狭长，易形成温室效应，火势栅感温探测单元（

8、光纤光栅温度传感器）；（２）光纤光栅信号处理部件；发展迅速，温度迅速升高，并带有浓烟，后面跟进的车辆和人员很难及（３）火灾报警控制器；（４）手动报警按钮；（５）传输光缆及光缆接续盒；时疏散，极易导致大量人员伤亡的恶性事件。因此对交通隧道采取火（６）电缆；（７）固定卡灾消防在线监测系统显得尤其重要。３工程案列目前常用的隧道火灾报警的有以下几种技术：（１）感温电缆技术；３．１工程概况（２）分布式光纤ＤＴＳ技术；（３）