当前位置:首页 >> 信息与通信 >>

分布式光纤测温系统在地铁隧道火灾探测中应用


分布式光纤测温系统在地铁隧道火灾探测中应用 摘要: 针对目前地铁安全中突出的火灾探测问题,提出了一种分布式光纤测 温系统, 该系统采用光时域反射技术和拉曼散射测温技术,将光纤传感与现代安 防结合起来,具有极高的灵敏度和定位精度。通过设置隧道内不同的风速,在模 拟地铁区域隧道内进行全尺寸火灾试验, 研究分布式光纤测温系统在隧道内发生 火灾的响应时间及响应位置。研究表明,在隧道内风速越大,火焰及烟气发生倾 斜, 会导致分布式光纤测温系统的报警位置会稍微偏离起火点,并且分布式光纤 测温系统是通过对火场温度的响应来探测报警的, 因此具备一定的火势蔓延趋势 判读能力。 关键字:分布式光纤测温系统;地铁隧道;火灾;温度 地铁隧道空间狭小,且处于相对密闭状态,自然排烟困难,一旦发生火灾, 燃烧时产生的热量不易散发,极易导致火灾的迅速蔓延,隧道横截面小,地面不 便行走,人员疏散困难,消防人员也很难接近火源扑救,一旦发生火灾不仅将造 成巨大的经济损失, 还会造成重大的人员伤亡, 引起交通秩序混乱。 因此, 及时、 准确地对隧道火灾进行报警, 实时掌握火灾现场情况, 为救灾人员提供决策信息, 对于尽早组织人员疏散、控制火情、组织实时灭火、降低损失尤为重要。 国内外很多人已经通过数值模拟和全尺寸的火灾试验对隧道内火灾的发展 以及温度场的分布进行可研究。 如 1992 年,Luchian 等人在美国弗吉尼亚某高速 公路上的一个废弃的双车道隧道中进行了一次大规模的试验来测定火灾功率; 2006 年,中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的胡隆华等人与云南省公 安消防总队合作, 在昆明一石林高速攻速的阳宗隧道开展了具有针对性火灾现场 模拟试验。 本文介绍了一种分布式光纤测温系统在地铁隧道火灾监测报警中的应 用。经实测,该系统完全能满足地铁隧道火灾监测报警的要求。 1 系统原理及特点 1.1 系统原理 分布式光纤测温系统是基于光纤内部的拉曼散射现象的温度特性, 利用光时 域反射测量技术(OTDR) ,将较高功率带电光脉冲送入光纤,然后将返回的散 射光强随时间的变化探测下来, 其中拉曼散射具有温度测量的实际意义,若能测 量出拉曼散射光的强度,就可以计算出反射点的温度[1-2]。 在光纤中, 激光传输到任意一点都会在此处产生拉曼散射光,并且产生的拉 曼散射光是均匀分布在整个空间角内的,其中一部分被光纤重新捕获,沿光纤原 路返回,称作背向拉曼散射光,被光探测单元接收并分别滤出 Anti-Stokes 光和 Stokes 光,通过获得它们两者的强度之比,我们就可以得到对应光纤中某点的温 度值。 因为光纤具有一定的长度, 且拉曼散射是产生在光纤中的每一个微观点的, 所以如何确定我们探测到的拉曼散射在光纤中发生的位置就需要用到光时域反 射技术[3-5]。 光时域反射技术(OTDR)最初用于评价光学通信系统中光纤、光连接器等 的性能,是用于检验光纤损耗特性、光纤故障的有效手段,同时也是分布式光纤 传感器的基础[6]。光源发射出一系列的激光脉冲进入光纤中,它们会在光纤中 产生背向散射。在时域中,入射光经后向散射返回到光纤入射端所需的时间为, 激光脉冲在光纤中所走过的路程为, , ,其中为光在光纤中的传播速度、为真空中 的光速、为光纤折射率。在测得时刻时,就可求的距离光源处的距离。 图 1 OTDR 原理框图 图 1 中的主时钟产生标准时钟信号, 脉冲发生器根据这个时钟产生符合要求 的窄脉冲,并且它来调制光源;光定向耦合器将光源发出的光耦合到被测光纤, 同时将散射和反射信号耦合进行光检


相关文章:
更多相关标签: