阵列光栅传感技术及应用-电缆火灾

光纤传感技术国家工程实验室武汉理工光科股份有限公司（股票代码：300557）2018年8月阵列光栅传感技术及应用——电缆火灾监控目录现有电缆火灾监测技术新一代光纤传感技术——阵列光栅传感技术阵列光栅传感技术在电缆火灾监测的应用光纤传感技术国家工程实验室武汉理工光科股份有限公司现有电缆火灾监测技术新一代光纤传感技术——阵列光栅传感技术阵列光栅传感技术在电缆火灾监测的应用光纤传感技术国家工程实验室武汉理工光科股份有限公司电缆运行现状电缆隧（廊）道、电缆夹层、电气地下室、电缆沟和车间内电缆桥架等建筑或区域电缆密集度很高、火灾发展速度快、扑救困难、火灾的原因：电缆短路、电缆过热、切割火花和钢渣引起的小规模火灾占到电缆火灾的90%小规模火灾的特点：热源尺寸小、无明火、辐射小、且沿电缆长距离分布。电缆安全监测系统要求：高空间分辨、长探测距离和快响应速度现有电缆火灾监测技术感温电缆DTS-基于拉曼散射原理的光纤传感技术光纤光栅传感技术电光一般，感温电缆由两根导体组成，导体外面有一层感温且绝缘的材料，当环境温度上升到预定温度的时候，两根导体产生短路，输入模块检查到短路信号后立即产生报警，属于“开关量”感温电缆。预定温度由产品型号确定，不能根据现场需要更改设定。新一代的“模拟量定温式”和“模拟量差定温式”感温电缆一般有四芯组成，火灾报警由不可恢复变成可恢复。感温电缆信号抗干扰能力差、传输距离短传感温度易出现漂移报警温度的设置、报警定位、定量测温方面存在较大局限DTS——光纤分布式测温技术基于拉曼散射原理的分布式测温技术（R-OTDR）光纤传感实现温度的长距离、分布测量DTS——光纤分布式测温技术温度测量精度低温度测量速度慢不能满足国标响应10cm小规模火的规范这种系统是基于对微弱的散射光的测量，容易受光源起伏、损耗等多种因素的干扰；它的测量精度和响应时间相互制约，无法同时实现短的响应时间和高的测量精度。光纤光栅传感原理芯层包层d入射光波折射率n1折射率n2折射率n2’选择性反射光波λ＝2nd透射光波d+Δd入射光波光纤光栅检测技术—波分复用S1S2S3Sn波长光强T宽带光源－ΣS1S2S3Snλ1λ2λ3λn光纤光栅传感技术典型的应用典型的特点非电传感，本质安全，抗电磁干扰数字量检测，测量精度高信号传输距离远寿命长、长期可靠性好全国90%以上的油罐火灾报警7000公里的隧道火灾报警大型结构安全监控周界安防主要局限：不能满足国标响应10cm小规模火的规范应用场景--不同负载电缆敷设方式大负载（或大直径）中、小负载（或小直径）相关国标GB16280--性能规范GB50116--使用规范根据国标规定，上述光纤光栅传感技术和拉曼散射原理的DTS系统，在国标的某些应用场景中，不能满足国标的要求。12.3.3

线型感温火灾探测器采用“S”形布置或有外部火源进人可能的电缆隧道内，应采用能响应火焰规模不大于100mm的线型感温火灾探测器12.3.4线型感温火灾探测器应采用接触式的敷设方式对隧道内的所有的动力电缆进行探测；缆式线型感温火灾探测器应采用“S”形布置在每层电缆的上表面，线型光纤感温火灾探测器应采用一根感温光缆保护一根动力电缆的方式，并应沿动力电缆敷设现有电缆火灾监测技术新一代光纤传感技术——阵列光栅传感技术阵列光栅传感技术在电缆火灾监测的应用光纤传感技术国家工程实验室武汉理工光科股份有限公司传统光纤光栅的制作方法纤芯包层保护层剥除保护层激光刻写光栅二次涂敷传统光栅制作方法的缺点单支光栅逐个制作，工艺繁杂，一致性差光栅需要焊接制作光缆，损耗高，可靠性低不适应大容量、长距离应用拉丝塔在线制作阵列光栅传感光纤紫外激光器阵列光栅在线制备拉丝塔在线制作

阵列光栅传感光纤采用工业生产标准、工艺拉制传感光纤光栅重复性好，传感性能一致连续多点写入传感光栅，光栅间无需焊接，无接点损耗避免传统光栅制备需剥除涂覆层工艺，提高光纤的机械强度光栅间距可调，能感知10cm小火源>1500个光栅反射谱阵列光栅传感光纤的传感原理

---波分+时分混合复用技术时分复用实现不同位置光栅的精确定位，波长解调实现温度变化的精确检测。22能够克服传统电类、光类传感技术的不足结合光纤光栅技术、光时域反射技术于一体传感信号强

——比瑞利、布里渊散射光高几个数量级无需通过累加平均就可以获得高信噪比的传感信号温度测量速度快、能够反映温度瞬时变化温度测量精度高、定位准确测量规模大、测量距离远，满足大规模、长距离监测的需要目前国际上仅有德国IPHT、FBGS公司和武汉理工大学光纤传感技术国家实验室掌握拉丝塔在线制备光纤光栅阵列技术阵列光栅传感光纤的技术优势项目感温电缆喇曼散射阵列光栅监控系统自检能力无无（保障系统有效监控）电缆接头状态监测无一般（可监控运行温度）检测量类型开关量、模拟量模拟量测量精度低低响应时间较短长（受测量精度、监测距离影响）

（与测量精度、监测距离无关）监测距离短较长安全性低（非本质安全防爆）高（本质防燃防爆）

（本质防燃防爆）使用寿命短长不同监测技术的对比数字量高长长高短强好项目可恢复式差定温感温电缆阵列光栅防护等级IP65IP68报警功能定温为出厂设置，不可调只能报警，不能预警定温业主可自行设置，可实时在线监测温度，既能报警又能预警系统功能无法显示环境温度无法精确定址定位1.实时精确显示廊道内电缆桥架的温度分布2.为系统运行、荷载调配、维修养护提供检测依据3.可以精确定址定位不同监测技术的对比现有电缆火灾监测技术新一代光纤传感技术——阵列光栅传感技术阵列光栅传感技术在电缆火灾监测的应用光纤传感技术国家工程实验室武汉理工光科股份有限公司实时监控电缆廊道内电缆桥架沿线温度变化情况，监测局部温度过高或温升异常，避免出现局部温度异常导致的电缆损坏或火灾发生隐患；精确掌握电缆廊道内电缆桥架的温度分布情况，为系统运行、荷载调配、维修养护提供检测依据。应用目标——电缆火灾监测我们的方案——系统构架独立电缆敷设方式

线缆桥架敷设方式符合国家标准GB16280、GB50116灵敏度高，响应速度快，能够对10cm小火（热）源及时报警同时具有定温和差温报警功能，差定温参数可根据需要设定具有自检功能，确保系统工作正常具有可恢复报警功能，产品可重复使用探测距离远，单通道最大探测距离可长达5公里单根探测光缆无熔接点，机械强度高、可靠性好、维护成本低我们的方案——系统特点我们的方案——设计规范应用案例

二号船闸电缆廊道长650米左右，共敷设测温光缆五根，总长5.5公里，检测信号通过网络进入监控中心。监控系统——监控界面监控数据——10#测点一天监控数据——8#、13#、14#一周现有电缆火灾监测技术新一代光纤传感技术——阵列光栅传感技术阵列光栅传感技术在电缆火灾监测的应用光纤传感技术国家工程实验室武汉理工光科股份有限公司1979年，姜德生院士开始从事光纤传感技术研究光纤传感器国家重点工业性试验基地光纤传感器国家高技术产业化示范工程“光纤传感技术与信息处理”教育部省部共建重点实验室湖北省光纤传感技术工程研究中心国家科技部863计划成果产业化基地2009年，光纤传感技术国家工程实验室姜德生教授中国工程院院士武汉理工大学首席教授光纤传感国家工程实验室主任光纤传感材料与传感技术专家光纤传感技术国家工程实验室

中国领先的光纤传感技术研发基地完成“863”、“973”课题、国家自然科学重点项目等各类项目近50项在光纤传感技术方面取得了一系列技术突破和创新成果，为国家大型工程、重大装备以及易燃易爆危险恶劣场所提供了先进可靠的安全监测方案成功应用于数千座大型油罐、7000多千公里公路隧道和几十座特大型桥梁的长期安全监测先后多次获得国家科技进步和技术发明二等奖中国光纤通信技术的开拓者和领导者中国光纤通信领域中的众多关键技术，大都在武汉邮电科学研究院率先取得突破，而且实现产业化和规模应用中国第一根实用化通信光纤中国第一个长波长半导体激光器中国第一个实用化光纤通信工程中国第一台商用化掺铒光纤放大器

集团现有员工20,000多人年销售300多亿赵梓森院士“中国光纤之父”余少华院士“电信传输网SDH与互联网融合的开拓者”武汉邮电科学研究院(WRI)

烽火科技集团烽火通信科技股份有限公司(600498)武汉光迅科技股份有限公司(002281)武汉虹信技术有限公司(光纤通信系统与光纤光缆)(通信光电子器件)武汉理工光科股份有限公司(300557)(光纤传感与安全监测系统)武汉烽火众智技术有限公司(移动通信、智能天线)(平安城市、智慧警务)武汉长江通信股份有限公司(600345)(智能化应用)成立于2000年8月。主要从事光纤传感器与智能仪器仪表、光纤传感系统、物联网应用系统的研究、开发、生产、销售与技术服务，是业界第一家光纤传感公众公司。理工光科概况理工光科概况拥有以中国工程院院士姜德生教授为首席科学家的专职技术研究人员100余人，在光纤传感与应用系统领域处于业界领先地位同时得到光纤通信企业国家重点实验室与光纤传感技术国家工程实验室两大国家级科研平台支撑业界少数具有产业链垂直整合能力(onestopshop)材料传感器解调仪表传感系统解决方案研究开发产业布局恶劣工况环境下的安全监测与物联网应用系统解决方案服务四大领域消防领域安防领域综合监测结构监测中国领先的光纤传感器产业化基地公安部科学技术一等奖国家技术发明二等奖省市多项奖项高新技术企业软件企业认证计算机信息系统集成二级资质消防设施工程专业承包二级资质电子与智能化工程专业承包二级资质安防工程设计施工维护能力一级资质

资质与荣誉光纤传感工程技术领域第一个国家标准国家标准：GB/T21197-2007线型光纤感温火灾探测器光纤传感工程技术领域第一个3C认证用国家标准国家标准：GB16280-2014线型感温火灾探测器在多个行业领域积极推动了光纤传感技术标准的制定公安部标准：GA/T1217-2015光纤振动入侵探测器技术要求公安部标准：光纤振动入侵探测器验收测试技术要求（报批稿）通信行业标准：YDT-1850-2013：物联网用光纤光栅总规范通信行业标准：泛在网物联网在重点基础设施的应用（报批稿）武汉市建委：光纤传感物联网桥群健康安全联网监测平台技术规定中石油：CDP-S-OGP-TE-009-2012-2油气管道光纤预警设备技术规格书积极推动国家标准/行业标准的制定国家六大战略储备油库火灾报警监测世界规模最大公路隧道火灾报警——秦岭终南山隧道国内规模最大隧道