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1、·消防与安防·光纤感温火灾探测系统研究张俊(上海宝信软件股份有限公司,上海201900)摘要:阐述了感温光纤火灾探测系统和光纤光栅感温火灾探测系统的基本原理。分析了拉曼散射感温光纤火灾报警系统、独立光纤光栅感温火灾探测系统以及全同光纤光栅感温火灾探测系统的工作原理及应用方式。最后指出,应综合考虑火灾探测的实际需要,合理选用产品。张俊(1983—),男,关键词:火灾探测系统;拉曼散射感温光纤;独立光纤光栅感温;全同光纤光栅工程师,硕士,从事智感温能建筑和综合监控系中图分类号:TN818文献标识码:B文章编号:167428417(2010
2、)0320042203统方面的研究。的变化,这样就可以了解沿光纤路径的多点温度0引言分布情况,之后对检测到的温度进行温度高低和光纤作为温度传感器元件,具有探测距离温升速率的综合考虑判断出火灾。通常输出有远、安全防爆、使用寿命长等优点,已成为线型感一级报警、二级报警、温升以及火警4种信号。温火灾探测器的一个重要组成部分,是长距离火目前市场上较为成熟的感温光纤火灾探测灾探测的理想选择,如用于隧道、电缆夹层等处系统产品大多数是以拉曼散射研制而成。拉曼火灾的探测。在目前市场上,主要有感温光纤火散射光分成相对于入射光波长对称的斯托克斯灾探测系统
3、和光纤光栅感温火灾探测系统两种光与反斯托克斯光,其光强比与光纤散射点处的类型。其中,感温光纤火灾探测系统以拉曼散射温度有如下关系:感温光纤火灾探测系统为主要代表,它是一种本Ihcv-askt=ae(1)质的连续性感温火灾探测系统。光纤光栅感温Is火灾探测系统是以光栅器件为测量单位,并通过式中Ias———反斯托克斯光强度光栅之间的串联组成点式连续性感温火灾探测I———斯托克斯光强度s系统,根据对特征波长的调置方法不同,分为波a———温度相关系数长和光栅一一对应的独立光纤光栅感温火灾探h———普朗克系数测系统和波长和光栅一对多的全同光纤光
4、栅感c———真空中的光速温火灾探测系统。v———拉曼平移量k———鲍尔茨曼常数1感温光纤火灾探测系统t———绝对温度值感温光纤火灾探测系统是利用光纤几何上经过严格标定后,由两个拉曼峰的强度比可的一维特性,将高功率光脉冲送入光纤,以光纤以推算出环境温度。拉曼感温光纤火灾报警系中的微小不均匀性产生的后向散射为基础,通过统结构如图1所示。光时域反射测试(OpticalTimeDomainReflectom2光源系统向光纤注射光脉冲,分光系统将返etry,OTDR)技术来测量返回的散射光强随时间回的散射光进行特征提取,分离出斯托克斯光与·42
5、··消防与安防·图1拉曼感温光纤火灾报警系统结构反斯托克斯光后,再按光时域反射的方法进行信号分析与处理,即可得到光纤上绝对位置的温图2光纤光栅示意图度。通常为了维护和集成方便,需要将光纤绝对获得测量点上光纤光栅周围温度的变化状况。位置温度转化为实际地理位置温度。通过与温在不受应变的情况下,光纤光栅波长漂移Δλ与B度的设定值(如一级报警设定温度、二级报警设温度的关系如下:定温度)进行比较可得温度超高报警,同时通过ΔλB=(α+ξ)·ΔT(2)与温升速率的设定值进行比较可得温升报警。λB再通过对报警信息进行综合考虑后可得到火警式中α———
6、光纤的热膨胀系数,一般为0.55×信号。-610感温光纤火灾探测系统的主要指标有空间ξ———光纤光栅的热光系数,常温约6.3×-6分辨率、温度分辨率和时间分辨率。其中空间分10辨率指系统沿着光纤长度方向所能辨识的最小ΔT———温度变化空间单元,它主要由光脉冲宽度和计算机A/D转光纤光栅反射波长与环境温度呈线性变化换时间决定。温度分辨率指系统所能测量的温关系,如图3所示。其斜率波长温度常数约为度准确度,与系统的Anti_Stokes光信噪比成反10pm/℃,在光栅出厂前已对反射波长进行过严比,因此提高系统的温度分辨率的关键就是提高格测量
7、,所以通过检测光纤光栅反射波长可以计信号的信噪比,也可以通过提高入射光功率来实算环境温度。光纤光栅感温火灾探测系统分为现。时间分辨率又称为测量时间,即系统完成一独立光纤光栅感温火灾探测系统和全同光纤光次准确测量所需要耗费的时间。系统为了实现栅感温火灾探测系统。准确测量,一般采用多点平均方法进行去噪。为了完成对一个点的测量,需要重复测量N次,然后再进行算术平均。2光纤光栅感温火灾探测系统光纤光栅本质是一段纤芯折射率周期性变化的光纤,长度一般只有10mm左右。如图2所示,当一束宽光谱光λ(见图2中的入射光谱)经过光纤光栅时,被光栅反射回一
8、单色光λB(见图图3光纤光栅波长与温度的示意图2中的反射光谱),相当于一个窄带的反射镜。反射光的中心波长λ与光栅的折射率变化周期Λ2.1独立光纤光栅感温火灾探测系统B和纤芯有效折射率n有关。当光纤光栅周围的独立光纤光栅感
