光纤感温系统在隧道消防保护中的应用

摘要:光纤感温探测系统是较不常见的消防探测系统,隧道是典型的工程,本文将两者结合形成的一个典型设计。

关键词:光纤感温探测 隧道 消防探测系统


l 隧道的火灾危险

地下轨道交通正日益成为各大城市解决交通堵塞的重要手段.地下隧道是其唯一的交通通道。同时,高速公路也正成为今日社会的经济命脉,公路隧道更是其咽喉重地。大量的人员及货物夜以继日的通过它们运送到各地,其高负荷运行使其系统易损坏,任何细小的事故都将导致严重的后果。

火灾,是公路隧道以及地下铁路隧道所面临的高度危险之一。现代化交通系统的迅速发展,大大增加了隧道火灾的潜在危险。(例如:隧道长度的不断增加,双向行车道,高危险性的货物,隧道内由于大交通流量而日益增加的火灾荷载等等因素。)

鉴于隧道内环境特殊,火灾一旦发生,往往会一发不可收拾;并且由于缺乏逃生设施及救护人员,加之司机与乘客惊慌失措,很可能造成重大伤亡。

2 隧道的火灾特点

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/池时,火灾在1-3分钟内完全形成。“隧道火灾”实例的测试显示,在大约5分钟之后,车辆火灾的温度升至大约200摄氏度。

在这些发现的基础上,我们得出如下结果:当隧道中发生一起严重的火灾,在最先的4分钟内,在火灾点上方的热空气层可以探测到温度每分钟上升大于50摄氏度。

隧道通风将产生特定的影响。一般的测试都显示,在大于2m/s的纵向风时,一辆汽车或列车火焰向上飘动,顶部的温度仅达到60摄氏度。并且,在距火灾发生地20米远的地点,顶部温度将降到50摄氏度以下。因此,在高速气流时热幅射的升温梯度是唯一的报警相关标准。


隧道内风速的影响可以参见西门子楼宇科技公司在瑞士的哈葛伯奇试验隧道所得到的测试数据。

在有消防通风系统时,为确保排烟空气流速必须增加至大于3m/s。另一方面,这增加了5个单位的燃烧速率,并且对隧道顶部的热空气层将更具破坏性。一些更先进的通风系统,在火灾发生时,从隧道火灾发生位置的顶部排烟。为此应只开启火灾发生位置的通风口,并关闭新风系统。

为了确保火灾报警的可靠且无误报,火灾探测系统应能记录开放式火灾的辐射区域,这是极其重要的。此外由于表面热幅射所传递的热量要比热气体的热对流交换所传递的快一些,所以火灾探测系统应能迅速探测温度变化。而最新的光纤感温探测系统,提供了几近完美的探测性能。

3 光纤感温探测系统介绍

3.1工作原理

经过物理实验得知诸如温度、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R.aylei曲散射),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OTDK、OF’DR(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)作为线性温度传感器。

3.2特性

在隧道交通领域,光纤传感器线缆是一种理想的解决办法。因为:

一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。

一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。

一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。

一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。

同时,光纤感温探测系统能够:

一精确定位火灾位置,对隧道可进行大范围的或局部范围的显示。

一指明火灾蔓延方向和速率。

一激活预先编制的联动控制顺序比如通风,疏散指示,交通信号灯,灯光调整等,并通过通讯接口与其它控制系统进行联动。

自20世纪80年代末,装于不锈钢管中的石英玻璃纤维制成光缆开始用于信息传输(网络控制),而不会受到电磁干扰。这种光纤系统不仅适用于传输信息,还可作为局域分布的测量传感器。

光纤感温探测系统是一个线性感温探测器,属于最新一代光纤传感器,其最大优点归功于它的精确测量特性,它特别适合用于公路(铁路)隧道以及类似场合的火灾危险监视装置。

光纤感温探测系统已经多年成功地应用于许多领域,尤其是公路(铁路)隧道领域。

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