通信學(xué)論文-光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)在隧道消防保護(hù)中的應(yīng)用.doc

通信學(xué)論文-光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)在隧道消防保護(hù)中的應(yīng)用摘要：光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)是較不常見的消防探測(cè)系統(tǒng)，隧道是典型的工程，本文將兩者結(jié)合形成的一個(gè)典型設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：光纖感溫探測(cè)隧道消防探測(cè)系統(tǒng)l隧道的火災(zāi)危險(xiǎn)地下軌道交通正日益成為各大城市解決交通堵塞的重要手段地下隧道是其唯一的交通通道。同時(shí)，高速公路也正成為今日社會(huì)的經(jīng)濟(jì)命脈，公路隧道更是其咽喉重地。大量的人員及貨物夜以繼日的通過它們運(yùn)送到各地，其高負(fù)荷運(yùn)行使其系統(tǒng)易損壞，任何細(xì)小的事故都將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。火災(zāi)，是公路隧道以及地下鐵路隧道所面臨的高度危險(xiǎn)之一。現(xiàn)代化交通系統(tǒng)的迅速發(fā)展，大大增加了隧道火災(zāi)的潛在危險(xiǎn)。(例如：隧道長(zhǎng)度的不斷增加，雙向行車道，高危險(xiǎn)性的貨物，隧道內(nèi)由于大交通流量而日益增加的火災(zāi)荷載等等因素。)鑒于隧道內(nèi)環(huán)境特殊，火災(zāi)一旦發(fā)生，往往會(huì)一發(fā)不可收拾；并且由于缺乏逃生設(shè)施及救護(hù)人員，加之司機(jī)與乘客驚慌失措，很可能造成重大傷亡。2隧道的火災(zāi)特點(diǎn)發(fā)生在隧道中的火災(zāi)，多數(shù)是開放性火災(zāi)，它帶有濃煙，其熱輻射率為數(shù)兆瓦級(jí)，在數(shù)分鐘內(nèi)便可形成火災(zāi)。經(jīng)廣泛的試驗(yàn)(包括路面車輛和地鐵列車)，一起火災(zāi)通常在810分鐘完全形成。對(duì)于大型貨運(yùn)卡車，大約為20-30分鐘。當(dāng)有燃料泄漏并形成坑池時(shí)，火災(zāi)在1-3分鐘內(nèi)完全形成?！八淼阑馂?zāi)”實(shí)例的測(cè)試顯示，在大約5分鐘之后，車輛火災(zāi)的溫度升至大約200攝氏度。在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，我們得出如下結(jié)果：當(dāng)隧道中發(fā)生一起嚴(yán)重的火災(zāi)，在最先的4分鐘內(nèi)，在火災(zāi)點(diǎn)上方的熱空氣層可以探測(cè)到溫度每分鐘上升大于50攝氏度。隧道通風(fēng)將產(chǎn)生特定的影響。一般的測(cè)試都顯示，在大于2ms的縱向風(fēng)時(shí)，一輛汽車或列車火焰向上飄動(dòng)，頂部的溫度僅達(dá)到60攝氏度。并且，在距火災(zāi)發(fā)生地20米遠(yuǎn)的地點(diǎn)，頂部溫度將降到50攝氏度以下。因此，在高速氣流時(shí)熱幅射的升溫梯度是唯一的報(bào)警相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。隧道內(nèi)風(fēng)速的影響可以參見西門子樓宇科技公司在瑞士的哈葛伯奇試驗(yàn)隧道所得到的測(cè)試數(shù)據(jù)。在有消防通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，為確保排煙空氣流速必須增加至大于3ms。另一方面，這增加了5個(gè)單位的燃燒速率，并且對(duì)隧道頂部的熱空氣層將更具破壞性。一些更先進(jìn)的通風(fēng)系統(tǒng)，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，從隧道火災(zāi)發(fā)生位置的頂部排煙。為此應(yīng)只開啟火災(zāi)發(fā)生位置的通風(fēng)口，并關(guān)閉新風(fēng)系統(tǒng)。為了確保火災(zāi)報(bào)警的可靠且無誤報(bào)，火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能記錄開放式火災(zāi)的輻射區(qū)域，這是極其重要的。此外由于表面熱幅射所傳遞的熱量要比熱氣體的熱對(duì)流交換所傳遞的快一些，所以火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能迅速探測(cè)溫度變化。而最新的光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)，提供了幾近完美的探測(cè)性能。3光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)介紹31工作原理經(jīng)過物理實(shí)驗(yàn)得知諸如溫度、壓力和張力等對(duì)玻璃纖維會(huì)造成影響，并且能夠局部地改變光纖中的光線傳導(dǎo)特性，從而光線在傳導(dǎo)中會(huì)產(chǎn)生散射，并會(huì)在石英玻璃纖維中衰減，外部物理影響的位置就能夠被確定，這樣光纖就能夠作為一種線性的傳感器。光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)是一套利用光纖作為線性感溫探測(cè)器的高新技術(shù)，其基本原理是利用光纖中石英分子鍵會(huì)受溫度上升而產(chǎn)生晶格振動(dòng)。這種振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致在光纖中傳輸?shù)墓猱a(chǎn)生散射(喇曼散射及Raylei曲散射)，而散射量的大小可以直接反應(yīng)溫度的高低。因此光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)可以將環(huán)境溫度以連續(xù)的線性方式表示出來。光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)的另一個(gè)嶄新的技術(shù)是可以準(zhǔn)確地定位溫度變化的確切位置。系統(tǒng)通過OTDK、OFDR(光時(shí)域及光頻域反射測(cè)量法)及連續(xù)FFT(快速傅立葉變換)對(duì)訊息進(jìn)行外理，將微小的時(shí)空差別以頻率方式體現(xiàn)出來實(shí)現(xiàn)精確定位，從而構(gòu)成一套精密的光纖線性感溫探測(cè)系統(tǒng)。光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)分析單元(頻率生成器、激光源、光模、HF合成器和微處理器)以及一個(gè)石英光纖纜(LG)作為線性溫度傳感器。32特性在隧道交通領(lǐng)域，光纖傳感器線纜是一種理想的解決辦法。因?yàn)椋阂凰话魏坞娮悠骷圆粫?huì)受到任何種類的電磁干擾的影響。一光纖傳感線纜設(shè)計(jì)了優(yōu)異的耐用性(可以預(yù)期大約50年的服務(wù)壽命)，所以對(duì)環(huán)境影響如溫度，壓力和濕度波動(dòng)極具抵抗力，同樣也適用于多塵和含有腐蝕性物質(zhì)的空氣中。一安裝傳感線纜和維護(hù)都十分容易，在線纜有損傷的地方可以像修復(fù)普通光纖一樣接合。一傳感線纜能夠不受限制地切割成要求的長(zhǎng)度，為每一個(gè)工程提供所需的長(zhǎng)度，最長(zhǎng)可達(dá)4千米。同時(shí)，光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)能夠：一精確定位火災(zāi)位置，對(duì)隧道可進(jìn)行大范圍的或局部范圍的顯示。一指明火災(zāi)蔓延方向和速率。一激活預(yù)先編制的聯(lián)動(dòng)控制順序比如通風(fēng)，疏散指示，交通信號(hào)燈，燈光調(diào)整等，并通過通訊接口與其它控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。自20世紀(jì)80年代末，裝于不銹鋼管中的石英玻璃纖維制成光纜開始用于信息傳輸(網(wǎng)絡(luò)控制)，而不會(huì)受到電磁干擾。這種光纖系統(tǒng)不僅適用于傳輸信息，還可作為局域分布的測(cè)量傳感器。光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)線性感溫探測(cè)器，屬于最新一代光纖傳感器，其最大優(yōu)點(diǎn)歸功于它的精確測(cè)量特性，它特別適合用于公路(鐵路)隧道以及類似場(chǎng)合的火災(zāi)危險(xiǎn)監(jiān)視裝置。光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)多年成功地應(yīng)用于許多領(lǐng)域，尤其是公路(鐵路)隧道領(lǐng)域。4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)有如下結(jié)構(gòu)：一傳感線纜(最長(zhǎng)4千米)-OTS控制器配有激光發(fā)生器，測(cè)量信號(hào)評(píng)估和軟件一外部電源24VDC100W(操作于230VAC)一整個(gè)光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)提供10個(gè)無電壓，報(bào)警和故障輸出，閉合觸點(diǎn)可用于連接9個(gè)主要區(qū)域報(bào)警，1個(gè)通常故障一4個(gè)無電壓輸人用于：報(bào)警的復(fù)位，外部報(bào)警，監(jiān)控一與pcRS232)連接，在調(diào)試時(shí)設(shè)置優(yōu)化操作參數(shù)。帶有調(diào)試程序的PC在操作時(shí)或分離或連接一將一臺(tái)PC連接于接口，用來顯示設(shè)定區(qū)域和線纜沿線的溫度圖形顯示。41光纖感溫線纜傳感線纜有一個(gè)外徑為165mm的鋼管。鋼管包含兩根獨(dú)立的石英玻璃光纖，每一根的外徑為025mm。光纖顏色不同以便于標(biāo)識(shí)。剩余空間用無水導(dǎo)熱材料填充。鋼管由一個(gè)絕緣塑料護(hù)套包圍，該護(hù)套直徑最大可8mm。該護(hù)套使在安裝時(shí)操作更為簡(jiǎn)便并且提高機(jī)械穩(wěn)定性和熱幅射的靈敏性。為辨識(shí)報(bào)警分區(qū)的設(shè)定，傳感線纜表面印有連續(xù)的長(zhǎng)度米數(shù)數(shù)字。感溫線纜特性一圓形線纜，2芯多模光纖裝于高質(zhì)量的鋼套之中一光纖內(nèi)核625m一光纖覆層125m一鋼套165mm一絕緣層8mm一線纜長(zhǎng)度最長(zhǎng)4000m一彎曲半徑最小60mm一拉力在安裝過程中最大200N在使用過程中最大125N一絕緣材料HDPE(高密度聚乙烯)，無囟素，紅色一測(cè)量溫度范圍：-30攝氏度至+90攝氏度，短時(shí)間(5分鐘)120攝氏度一200攝氏度以下工作一服務(wù)壽命50年一對(duì)以下干擾不會(huì)受到影響一電磁干擾一通風(fēng)開啟，電纜，廣播系統(tǒng)，移動(dòng)電話系統(tǒng)，廣播天線等等一溫度波動(dòng)一濕度變化一壓力波動(dòng)一腐蝕性氣體一侵蝕性化學(xué)品一紫外線幅射42OTS控制器控制器為模塊化設(shè)計(jì)，含有以下子模塊：一LF：帶有激光源的頻率發(fā)生器一PS：開關(guān)電源一CC：CPU及通訊RS232一OD：帶有光纖與探測(cè)器的光模塊OTS控制器使用24V直流電源。它有9個(gè)報(bào)警輸出和1個(gè)故障輸出。在調(diào)試過程中，OTS控制器可以經(jīng)由一個(gè)PC機(jī)來設(shè)定參數(shù)。所測(cè)量的參數(shù)裝載人控制器的軟件中，該P(yáng)C還帶有調(diào)試軟件。所測(cè)的數(shù)據(jù)經(jīng)由一臺(tái)PC機(jī)的顯示軟件可進(jìn)行操作顯示。顯示界面如圖所示。5光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)功能光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)具有如下控制功能：51測(cè)量多種參數(shù)光纖