“光纤分布式测温系统”“光纤光栅测温系统”“火焰探测器”在隧道应用中的技术比较

1、“光纤分布式测温系统光纤分布式测温系统”、“光纤光栅测温系统光纤光栅测温系统”与与“火焰探测器火焰探测器”在隧道应用中的技术比较在隧道应用中的技术比较上海华魏光纤传感技术有限公司上海华魏光纤传感技术有限公司二零一零年一月二零一零年一月第第2页页 概述概述 主要特性比较主要特性比较 第二部分第二部分 第一部分第一部分 结论结论 第五部分第五部分 介绍内容介绍内容 技术比较技术比较 第四部分第四部分 系统结构比较系统结构比较 第三部分第三部分 第第3页页第一部分第一部分 概述概述 本文件关于本文件关于“光纤分布式测温系统光纤分布式测温系统”（简称（简称DTSDTS系统）、系统）、“光纤光栅测温系统

2、光纤光栅测温系统”与与“火焰探测器火焰探测器”的对比是建立在大量的对比是建立在大量的实验数据及在设备的长期运用的基础上的。在隧道内发生交的实验数据及在设备的长期运用的基础上的。在隧道内发生交通事故时，能否及时探测并判断出潜在的火灾是考核探测设备通事故时，能否及时探测并判断出潜在的火灾是考核探测设备性能的关键性因素。通过下文三种不同的探测设备的性能对比性能的关键性因素。通过下文三种不同的探测设备的性能对比不难看出孰优孰劣。不难看出孰优孰劣。第第4页页第二部分第二部分 主要特性比较主要特性比较v 原理比较原理比较 DTS DTS系统是基于拉曼测温原理研制的线形分布式温度监测系统。利用一根系统是基于

3、拉曼测温原理研制的线形分布式温度监测系统。利用一根探测光缆即可以完整监测整个隧道内每一米位置的温度变化，在发生火灾的情探测光缆即可以完整监测整个隧道内每一米位置的温度变化，在发生火灾的情况下可以准确定位火灾发生点；况下可以准确定位火灾发生点； 光纤光栅测温系统主要是将基于布拉格测温光纤光栅测温系统主要是将基于布拉格测温(FBG)(FBG)原理的光栅传感单元，原理的光栅传感单元，串接成传感缆，从而实现对隧道的准分布式温度探测。其实质为点式温度监测串接成传感缆，从而实现对隧道的准分布式温度探测。其实质为点式温度监测系统，不能准确定位火灾点，只能知道火灾大概的位置；系统，不能准确定位火灾点，只能知道

4、火灾大概的位置； 火焰探测器按参考波段不同可分为双波长和三波长火焰探测器；按探测眼火焰探测器按参考波段不同可分为双波长和三波长火焰探测器；按探测眼数量不同又可分为数量不同又可分为9090度单眼和度单眼和180180度双眼两种。其原理均是利用红外探测器，度双眼两种。其原理均是利用红外探测器，捕捉火焰特有的燃烧变化频率和光谱分布特性来检测火灾。为典型的基于电气捕捉火焰特有的燃烧变化频率和光谱分布特性来检测火灾。为典型的基于电气设计的点式测温系统。适用于明火火灾探测，但只能知道火灾大概的位置；设计的点式测温系统。适用于明火火灾探测，但只能知道火灾大概的位置；第第5页页第二部分第二部分 主要特性比较主

5、要特性比较v 探测过程比较探测过程比较 DTS DTS系统可以对火灾发生的全过程进行实时分布式监测，温度测系统可以对火灾发生的全过程进行实时分布式监测，温度测量范围可达量范围可达-190-190至至700700度且能提供多级报警，具有良好预警作用；度且能提供多级报警，具有良好预警作用； 光纤光栅测温系统由于测温范围小，超过光纤光栅测温系统由于测温范围小，超过100100度后探测单元很容度后探测单元很容易烧损，无法反映火灾的全过程，预警功能很弱；易烧损，无法反映火灾的全过程，预警功能很弱； 火焰探测器只有在火灾发生，即有明火的情况下，而且所发出火焰探测器只有在火灾发生，即有明火的情况下，而且所发

6、出的的”火焰火焰”在探测器所监测波长的范围之内才可以进行报警，无法在探测器所监测波长的范围之内才可以进行报警，无法预警。预警。第第6页页 火焰探测器通过检测含碳原子的火焰探测器通过检测含碳原子的“光光”进行探测的，所以在隧道发生进行探测的，所以在隧道发生直接明火时，此种探测器的报警速度最快。但火焰探测器，相当于人的直接明火时，此种探测器的报警速度最快。但火焰探测器，相当于人的“眼睛眼睛“，一定要看到火焰才能进行报警。绝大多数隧道的火灾发生时有大，一定要看到火焰才能进行报警。绝大多数隧道的火灾发生时有大量浓烟的时候，或者有物体遮挡明火，火焰探测器是无法报警的。量浓烟的时候，或者有物体遮挡明火，火

7、焰探测器是无法报警的。 而而DTSDTS系统在此类火情下能准确报警，因为隧道发生火灾产生大量浓烟系统在此类火情下能准确报警，因为隧道发生火灾产生大量浓烟，或者是，或者是 “阴燃阴燃”火灾发生的情况下，会有大量的热量散发出来，由于火灾发生的情况下，会有大量的热量散发出来，由于隧道空间本身的特点，决定了热量不容易散发，而隧道空间本身的特点，决定了热量不容易散发，而DTSDTS可以准确的探测到隧可以准确的探测到隧道的温度变化，此时道的温度变化，此时DTSDTS的报警速度是最快的。的报警速度是最快的。 而由一个个传感单元串接而成的光纤光栅测温系统，由于单元间隔为而由一个个传感单元串接而成的光纤光栅测温

8、系统，由于单元间隔为6-106-10米，因此报警响应速度最慢。米，因此报警响应速度最慢。第二部分第二部分 主要特性比较主要特性比较v 响应时间比较响应时间比较第第7页页 DTS DTS系统是一种线型分布式温度监测系统，隧道中每一点温度的变化，系统是一种线型分布式温度监测系统，隧道中每一点温度的变化，都可以以图形界面的方式直观的显示在终端上，都可以以图形界面的方式直观的显示在终端上，DTSDTS系统可以提供一个连续系统可以提供一个连续的空间温度分布场，在火灾发生时，不但可以对火灾发生地点给出准确的位的空间温度分布场，在火灾发生时，不但可以对火灾发生地点给出准确的位置，而且在图形界面上，可以看出火

9、势的蔓延方向，根据火势蔓延的趋势，置，而且在图形界面上，可以看出火势的蔓延方向，根据火势蔓延的趋势，对紧急逃生措施的实施和相关的联动设备的动作提供指导性依据。对紧急逃生措施的实施和相关的联动设备的动作提供指导性依据。 光纤光栅测温系统虽然也能反映火灾的温度变化过程，但由于测温范围光纤光栅测温系统虽然也能反映火灾的温度变化过程，但由于测温范围小，超过小，超过100100度后，探测单元很容易烧损，无法起到火灾蔓延趋势的判断；度后，探测单元很容易烧损，无法起到火灾蔓延趋势的判断； 双波长火焰探测器由于是点式系统，在火灾发生的时候，不能给出一个双波长火焰探测器由于是点式系统，在火灾发生的时候，不能给出

10、一个连续的温度分布空间场，因此无法给出火势蔓延方向的判断。连续的温度分布空间场，因此无法给出火势蔓延方向的判断。第二部分第二部分 主要特性比较主要特性比较v 对火势蔓延方向的判断对火势蔓延方向的判断第第8页页 DTS DTS系统的探测光纤是石英材料所造，光纤既作为探测器也作为传输系统的探测光纤是石英材料所造，光纤既作为探测器也作为传输介质，由于其在隧道中不产生任何电信号，所以，可以安全的使用在高瓦介质，由于其在隧道中不产生任何电信号，所以，可以安全的使用在高瓦斯、高磁场的场合，尤其在山区，可以完全避免由于斯、高磁场的场合，尤其在山区，可以完全避免由于“打雷打雷“造成系统的造成系统的瘫痪。外护套

11、采用不锈钢材料，抗冲击耐腐蚀，而且隧道内的恶劣环境不瘫痪。外护套采用不锈钢材料，抗冲击耐腐蚀，而且隧道内的恶劣环境不会影响到光纤的感温效果。会影响到光纤的感温效果。 光纤光栅测温系统同样具有防雷、抗电磁干扰的本质安全性优势。但光纤光栅测温系统同样具有防雷、抗电磁干扰的本质安全性优势。但光栅单元易损坏，需经常性更换，且探测单元抗老化能力差，恶劣环境下光栅单元易损坏，需经常性更换，且探测单元抗老化能力差，恶劣环境下容易失效，后期维护成本高。容易失效，后期维护成本高。第二部分第二部分 主要特性比较主要特性比较v 系统维护系统维护第第9页页 双波长火焰探测器由于隧道中存在着大量尾气、灰尘，长时双波长火

12、焰探测器由于隧道中存在着大量尾气、灰尘，长时间的使用会使探头上附着厚厚的灰尘，严重影响到探头的正常工作间的使用会使探头上附着厚厚的灰尘，严重影响到探头的正常工作，使其不能在火警发生时进行正常报警，在后期，必须耗费大量的，使其不能在火警发生时进行正常报警，在后期，必须耗费大量的人力、物力、财力对其进行定期维护，在隧道正常通车的情况下，人力、物力、财力对其进行定期维护，在隧道正常通车的情况下，维护的危险和困难性很大，同时在这种恶略的环境下，使火焰探测维护的危险和困难性很大，同时在这种恶略的环境下，使火焰探测器的寿命大打折扣。器的寿命大打折扣。 第二部分第二部分 主要特性比较主要特性比较v 系统维护

13、（续）系统维护（续）第第10页页第三部分第三部分 系统结构比较系统结构比较v DTSDTS系统结构系统结构第第11页页第三部分第三部分 系统结构比较系统结构比较v 光纤光栅系统结构光纤光栅系统结构第第12页页第三部分第三部分 系统结构比较系统结构比较v 火焰探测器系统结构火焰探测器系统结构第第13页页第四部分第四部分 技术比较技术比较光纤分布式测温系统、光纤光栅测温系统以及火焰探测系统技术对比光纤分布式测温系统、光纤光栅测温系统以及火焰探测系统技术对比对比对比光纤分布式测温系统光纤分布式测温系统光纤光栅测温系统光纤光栅测温系统火焰探测系统火焰探测系统探测原理探测原理利用拉曼测温(ROTDR)原

14、理实现对整根感温光缆每一米温度点的实时且连续温度探测。利用布拉格测温(FBG)原理实现对光栅单元串接而成传感缆的实时温度探测。利用红外探测器，捕捉火焰特有的燃烧变化频率和光谱分布特性来检测火灾。系统组成结构系统组成结构分布式系统。 由光纤测温主机+数条整根感温光缆组成点式（准分布式）系统。 由光栅测温主机+通讯光缆+光栅传感器串接缆组成点式系统。由火灾报警主机+总线+输入模块+综合盘（含火焰探测器）组成防火分区防火分区由软件灵活设定，可更改，可扩展不少于500个分区。由光栅单元的物理安装位置确定，一定安装完毕无法更改由双波长火焰探测器物理安装位置确定，一定安装完毕无法更改环境耐受性环境耐受性耐

15、腐蚀，耐潮湿，不受灰尘等附着影响，防雷，抗电磁干扰防雷，抗电磁干扰怕潮湿、腐蚀及灰尘影响，无法避免雷暴及电磁干扰多级报警设定多级报警设定可设置三级报警预案可设置三级报警预案无第第14页页火灾报警速度火灾报警速度明火状态下报警速度仅次于火焰；大量烟雾发热状态的报警速度最快三种系统中报警速度最慢无遮挡或无烟雾状态的明火，报警速度最快；异物遮挡火焰异物遮挡火焰无影响无影响无法报警系统使用寿命系统使用寿命主机平均无故障运行时间为16.4年； 探测光缆的使用寿命超过30年。光纤光栅传感单元5-6年后存在失效隐患。采用电子元件设计，5-6年后存在老化问题环路探测功能环路探测功能可设计为环路探测，光缆断裂后

16、分为两端探测，可靠性高无无系统安装系统安装直线敷设。安装简便直线敷设。光栅单元易损坏，需保护性安装。熔接点多定点安装，接线调试环节多。系统维护系统维护免维护光栅单元易损坏，需经常性更换探头需定期清洗成功应用业绩成功应用业绩国内外业绩很多；占全球公路隧道火灾报警行业60%的市场份额国外几乎没有采用；国内公路隧道火灾报警行业30%的市场份额国外只有日本使用；国内公路隧道火灾报警行业30%的市场份额第四部分第四部分 技术比较技术比较第第15页页 综上，光纤分布式系统能够在火灾发生的初期定位、定温进综上，光纤分布式系统能够在火灾发生的初期定位、定温进行火灾预警，真正做到行火灾预警，真正做到 “防患于未燃防患于未燃”；同时由于其实时在线、；同时由于其实时在线、安装简单、终身免维护等众多无可比拟的技术特点，已经被大量安装简单、终身免维护等众多无可比拟的技术特点，已经被大量应用在国内外交通隧道领域，同时广泛应用基础设施建设、能源、应用在国内外交