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光纖光柵 隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案

光纖光柵 隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案

簡要描述:HO-3000光纖光柵 隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案是我司研發(fā)的基于光纖光柵傳感技術(shù)的新型火災(zāi)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng),通過實(shí)時(shí)檢測光纖光柵溫度傳感器中心波長信號,實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)部多個(gè)測點(diǎn)的溫度在線監(jiān)測和火災(zāi)報(bào)警。

更新時(shí)間: 2024-09-11

所屬分類:火災(zāi)探測系統(tǒng)

型號:HO-3000

詳細(xì)說明:

 

HO-3000光纖光柵

隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案

 

 

 

 

 

 

                                                         

HO-3000光纖光柵隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)

一.系統(tǒng)概述

HO-3000光纖光柵隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)是我司研發(fā)的基于光纖光柵傳感技術(shù)的新型火災(zāi)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng),通過實(shí)時(shí)檢測光纖光柵溫度傳感器中心波長信號,實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)部多個(gè)測點(diǎn)的溫度在線監(jiān)測和火災(zāi)報(bào)警。

光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、無源檢測、防電磁干擾、阻燃防爆、易于遠(yuǎn)程監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn),采用光纖光柵溫度傳感器的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)具備以下*優(yōu)點(diǎn):

  1. 將測點(diǎn)的溫度變化轉(zhuǎn)換成光纖光柵中心波長的變化,通過對光波波長的測量,獲得測點(diǎn)的溫度信息,從本質(zhì)上消除了系統(tǒng)光功率波動(dòng)、傳輸鏈路損耗變化對測量精度的影響,定溫定位更加穩(wěn)定精準(zhǔn)。
  2. *的光柵技術(shù):使傳感器的中心波長與安裝位置一一對應(yīng),可以精確確定每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位火災(zāi)的位置和溫度曲線變化,易于確定事故位置。
  3. 測量精度高,響應(yīng)時(shí)間短。測溫精度可達(dá)±1℃,溫度采樣時(shí)間小于0.2秒。
  4. 傳感器具有良好的重復(fù)性,長期穩(wěn)定性好。
  5. 具有定溫和溫升速率預(yù)警功能:在火情發(fā)生前期,溫度變化異常情況時(shí)及時(shí)提前預(yù)警并報(bào)警,提前防范火情于未然,真正意義上做到實(shí)時(shí)火情監(jiān)控,為人生生命和國家物資財(cái)產(chǎn)安全作出特殊的監(jiān)測貢獻(xiàn)。
  6. 標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口,且通信協(xié)議可以開放,利于上位機(jī)的軟件兼容。

HO-3000光纖光柵隧道火災(zāi)監(jiān)測主機(jī)通過以太網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控;通過繼電器接口與報(bào)警控制器相連,實(shí)現(xiàn)分區(qū)、分測點(diǎn)過溫報(bào)警;通過多級可配置報(bào)警溫度設(shè)置,實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警與報(bào)警。另外,系統(tǒng)的調(diào)試、區(qū)域設(shè)置、報(bào)警參數(shù)設(shè)置等操作均可在測溫主機(jī)或遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)上完成,操作、維護(hù)方便。

此外,技術(shù)方案中的核心器件,選用*例獨(dú)有的掃描激光器,優(yōu)于傳統(tǒng)廠家核心部件的可動(dòng)機(jī)械部件,整個(gè)設(shè)備不含任何可動(dòng)的機(jī)械部件,穩(wěn)定可靠,壽命可長達(dá)30年。

 *的全波段掃描激光器的解調(diào)方案,使得連接到設(shè)備的所有傳感器均能定位,設(shè)備*自檢功能,任何一個(gè)傳感器故障或者報(bào)警,系統(tǒng)均可以精確定位到該傳感器。大大縮短故障或者報(bào)警的定位時(shí)間,為排查故障點(diǎn)位,精確定位火情點(diǎn),實(shí)施火情預(yù)判功能消除火災(zāi)隱患節(jié)約時(shí)間。

二.工作原理

HO-3000光纖光柵隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)基于光纖光柵溫度傳感技術(shù),利用光纖光柵的溫度敏感特性,通過隔離應(yīng)力、應(yīng)變的封裝結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對溫度變化的精確測量。

光纖光柵是近年來發(fā)展起來的一種新型傳感技術(shù),它是利用光纖芯層材料的光敏特性配合增敏處理,通過紫外曝光的方式在光纖芯層產(chǎn)生一段周期性的折射率變化,形成Bragg光柵結(jié)構(gòu)。

 Bragg光柵具有窄帶反射的特性,一個(gè)寬譜的入射光(帶寬約40nm)經(jīng)過光纖光柵后,只有滿足波長匹配條件的極小譜寬的光信號被反射(3dB帶寬約0.15nm),其余波長的光信號透射進(jìn)入下一個(gè)光纖光柵,如圖1所示。反射光的中心波長與Bragg光柵的柵格周期、光纖芯層的折射率成正比。

光纖光柵溫度傳感原理圖

 

由于光纖材料自身的熱脹冷縮和熱光效應(yīng),當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),光纖光柵的柵格周期以及光纖芯層的折射率都會(huì)發(fā)生變化,使得光纖光柵的反射光中心波長隨之改變。通過對反射光中心波長的數(shù)字化精確測量,既可獲得待測溫度的變化情況。

一個(gè)典型的單通道光纖光柵傳感系統(tǒng)如圖2所示,若干個(gè)不同中心波長的光纖光柵傳感器串聯(lián)成一個(gè)傳感器陣列,寬帶光源發(fā)出的光信號經(jīng)過光纖光柵傳感器陣列反射后,進(jìn)入到波長檢測系統(tǒng),完成光電信號的轉(zhuǎn)換、采集和處理,獲得每個(gè)傳感器的溫度測量值。作為整個(gè)光纖光柵傳感系統(tǒng)的核心,波長檢測系統(tǒng)的性能直接決定了整個(gè)傳感系統(tǒng)的性能。

光纖光柵傳感系統(tǒng)示意圖

 

對光纖光柵反射光中心波長的檢測有多種不同的方案,HO-3000系統(tǒng)將反射光通過一個(gè)散射分光成像系統(tǒng)(如圖3所示),利用光電探測器陣列獲得整個(gè)40nm帶寬范圍內(nèi)所有光纖光柵的反射光譜信息,利用*的光譜分析技術(shù),通過對光譜曲線的分析與處理,精確獲得每個(gè)反射峰的中心波長值。結(jié)合預(yù)先設(shè)定傳感器溫度敏感參數(shù),計(jì)算得到每個(gè)光纖光柵傳感器所在位置的溫度信息。整個(gè)波長檢測系統(tǒng)無可動(dòng)部件,相對可調(diào)諧濾波器波長解調(diào)方案,避免了由于可調(diào)諧濾波器壓電陶瓷老化特性帶來的長期穩(wěn)定性問題,系統(tǒng)可靠性高,長期穩(wěn)定性好。

 

三.系統(tǒng)特點(diǎn)

HO-3000光纖光柵隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)是根據(jù)公路、地鐵隧道等消防安全監(jiān)測的實(shí)際需求,結(jié)合*光纖光柵傳感技術(shù)研制開發(fā)的新型溫度監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)。和其他感溫火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)相比,本系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):

  1. 本質(zhì)安全,防燃防爆

HO-3000系統(tǒng)測溫部分采用全光纖結(jié)構(gòu),真正實(shí)現(xiàn)了無源溫度監(jiān)測,自身不帶電,不發(fā)熱,不會(huì)因?yàn)閭鞲邢到y(tǒng)的布設(shè)帶來安全隱患。

  1. 測溫精度高

整個(gè)溫度傳感系統(tǒng)的溫度分辨率為0.1℃,溫度測量精度為±2攝氏度,并且系統(tǒng)測量精度和溫度分辨率不隨光纜長度、溫度測點(diǎn)個(gè)數(shù)的增加而降低。

  1. 響應(yīng)時(shí)間短

本系統(tǒng)采用并行光譜采集處理技術(shù),每通道的測量時(shí)間與通道內(nèi)的傳感器個(gè)數(shù)無關(guān),每通道的光譜數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)小于2毫秒,加上數(shù)據(jù)處理以及與外部通信,每通道溫度刷新時(shí)間不大于0.2秒,并且與溫度分辨率、測量精度無關(guān)。

  1. 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測

本系統(tǒng)能夠?qū)λ淼乐兴袦y點(diǎn)的溫度進(jìn)行7x24小時(shí)不間斷監(jiān)測,并且可根據(jù)需要定時(shí)保存溫度測量數(shù)據(jù),為隧道的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提供輔助數(shù)據(jù)。

  1. 精確的空間定位

光纖光柵溫度傳感屬于準(zhǔn)分布式溫度測量,一個(gè)傳感器與一個(gè)測點(diǎn)對應(yīng),并且每個(gè)傳感器具有全局性。通過監(jiān)測軟件可以精確確定發(fā)生過溫報(bào)警的傳感器位置,定位偏差僅為傳感器布設(shè)間距的一半(約3米)。

  1. 靈活的報(bào)警控制

用戶可以直接遠(yuǎn)程登錄主機(jī)或通過遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件,對整個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,并可根據(jù)傳感器位置及當(dāng)期氣候條件,對每個(gè)傳感器的報(bào)警溫度進(jìn)行分別設(shè)置,也可設(shè)置多級報(bào)警條件,如溫度預(yù)警、溫升預(yù)警、溫度報(bào)警和溫升報(bào)警等,結(jié)合實(shí)測溫度和溫度變化情況對真實(shí)的火災(zāi)事故進(jìn)行甄別,基本消除誤報(bào)和漏報(bào)。

  1. 完善的自我診斷功能

本系統(tǒng)中每個(gè)光纖傳感通道上的每個(gè)溫度傳感器具有波長性,任何一個(gè)傳感器的損壞包括斷纖都可以監(jiān)控軟件中精確定位。系統(tǒng)每進(jìn)行一次溫度測量的同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的自我檢測與診斷,實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)傳感器失效和光纜損壞,以便于及時(shí)的維修與維護(hù)。

  1. 強(qiáng)大的軟件功能

遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件通過網(wǎng)絡(luò)與測溫主機(jī)進(jìn)行通信,在人機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示每個(gè)溫度測點(diǎn)的位置、溫度值、溫度變化情況等。當(dāng)測量溫度大于預(yù)設(shè)報(bào)警溫度時(shí),測溫主機(jī)觸發(fā)報(bào)警控制器動(dòng)作,啟動(dòng)噴水降溫裝置或滅火裝置,監(jiān)控軟件亦能觸發(fā)軟件界面的聲光報(bào)警,提醒值班人員盡快處理。同時(shí)操作人員還可以對每個(gè)溫度測點(diǎn)的歷史溫度數(shù)據(jù)、報(bào)警紀(jì)錄進(jìn)行多條件查詢,生產(chǎn)安全運(yùn)行報(bào)表等。

四.系統(tǒng)組成

HO-3000光纖光柵隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下六部分組成:

  • 光纖光柵溫度傳感器陣列
  • 傳輸光纜
  • 信號處理系統(tǒng)
  • 火災(zāi)報(bào)警控制器
  • 手動(dòng)報(bào)警模塊
  • 光纖通信模塊

 

 

 

 

 

五.安裝施工

  1. HO-3000光纖光柵隧道火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)傳感鏈路安裝示意圖

11溫度傳感器陣列安裝示意圖

 

  1. 光纖光柵溫度傳感器布設(shè)示意圖

根據(jù)項(xiàng)目的需求測溫主機(jī)配8個(gè)通道測溫主機(jī),每個(gè)光纖通道可連接一條測溫光纖光柵傳感器陣列,一條測溫光纖光柵傳感器陣列由20只溫度傳感器組成,傳感器陣列中的每只傳感器間距10米,每條傳感器陣列可檢測200米。

12光纖光柵溫度傳感器布設(shè)側(cè)面示意圖

 

 

 

 

  1. 安裝流程
  1. 溫度傳感器陣列部分

溫度傳感器陣列通常安裝在隧道頂部,距隧道頂10~20厘米,以保證傳感器周圍良好的空氣流動(dòng)。

  1. 使用電錘,根據(jù)膨脹螺栓的大小選擇鉆頭,在隧道頂中間打孔,將支架每隔20米安裝一個(gè),一般每個(gè)支架至少用三支膨脹螺栓固定。

13支架安裝示意圖

 

  1. 安裝鋼絞線,從洞口位置先把鋼索一端牢牢固定在支架上,然后依次把鋼索輕輕固定在支架卡槽,制藥可以掛住鋼索不掉落即可,連續(xù)200米左右,使用鋼索拉力器將鋼索拉直(此時(shí)拉力非常巨大,確保*個(gè)固定支架的牢固性,以防鋼索彈回發(fā)生危險(xiǎn)),依次把支架中的固定夾擰緊,保證鋼索與隧道頂平行。

14鋼索安裝示意圖

  1. 安裝光纖光柵鏈路,先把條鏈路以滾輪的方式輕輕展開,以尾端開始從隧道口安裝,沒隔兩米使用掛鉤將鏈路掛到鋼索上。尾端使用扎帶固定以防花落掛鉤,鏈路應(yīng)以松弛狀態(tài)掛在掛鉤上。安裝完畢*條,第二條則以首端開始,使兩串鏈路首首相接,首端兩只傳感器間距10米,剩余首端光纖通過開槽埋管的方式從隧道頂端穿到弱電電纜溝中,依次將8條鏈路安裝完畢。
  1. 傳輸光纜部分

傳輸光纜采用標(biāo)準(zhǔn)G652型鎧裝通信光纜,從離主控室遠(yuǎn)的兩串鏈路引導(dǎo)電纜溝位置開始敷設(shè)到集控室內(nèi)。鏈路引到電纜溝位置預(yù)留5米光纜,以方便光纖熔接。如圖11

  1. 測溫主機(jī)

測溫主機(jī)(副機(jī))安裝在隧道設(shè)備室的19英寸機(jī)架上,采用220V交流供電。當(dāng)溫度傳感器陣列可通過傳輸光纜連接到主機(jī)的輸出通道上。

  1. 火災(zāi)報(bào)警控制器部分

火災(zāi)報(bào)警控制器和測溫主機(jī)一起安裝在隧道設(shè)備機(jī)架上,采用220V交流供電,通過RS485接口與主機(jī)通信。

  1. 手動(dòng)報(bào)警按鈕部分

手動(dòng)報(bào)警按鈕安裝在隧道側(cè)面,安裝位置距地面1.4m,安裝間隔為50米,連接線為雙絞線,穿管敷設(shè)至設(shè)備隧道洞,與火災(zāi)報(bào)警控制器連接。

六.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在隧道火災(zāi)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),除遵守國家法律法規(guī)要求外,還要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的系統(tǒng)配置,以便于設(shè)計(jì)出一個(gè)可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)。

項(xiàng)目中隧道設(shè)計(jì)案例。

  1.      1.63公里隧道

主要參數(shù):

溫度測點(diǎn)個(gè)數(shù):160個(gè)

單條傳感器陣列監(jiān)測距離:200

溫度測點(diǎn)間距:10

主要設(shè)備:

8通道HO-3000型測溫主機(jī):1臺(tái)   

光纖光柵溫度傳感器陣列JC-W028

監(jiān)測軟件(JC-SOFT):1

傳輸光纜:12芯多心光纜1.8公里

研華工控機(jī)IPC-610



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