CN106781193A - 分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测***及方法，其中***包括光栅阵列感温光纤、波分时分解调模块、火灾报警模块和温度显示模块；光栅阵列感温光纤分布在不同的防火分区，光栅阵列感温光纤上分布多个光栅温度传感器，同一个防火分区里的所有光栅温度传感器在同一温度下反射光谱相同；波分时分解调模块发出的光脉冲进入光栅阵列感温光纤，光栅阵列感温光纤中的每个光栅温度传感器都有反射光谱返回波分时分解调模块，不同防火分区的反射光谱返回波分时分解调模块的时间不同，波分时分解调模块根据反射光谱计算不同防火分区的温度，并将温度信号输出给温度显示模块，同时根据报警策略输出火灾报警信号给火灾报警模块。

Description

分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测***及方法

技术领域

本发明涉及感温火灾探测领域，尤其涉及基于光栅阵列光纤的分区时分型线型感温火灾探测***及方法。

背景技术

线型感温火灾探测的应用场合很多，电缆的火灾探测是其中重要的一个，它的火灾特点对火灾探测技术提出了新的要求。工业企业内涉及供配电、控制、信号、动力等方面的电缆遍布全厂，尤其在电缆隧(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内电缆密集程度很高，火灾具有发展速度快、扑救困难等特点，另外这些电缆往往贯穿全厂，火灾易于蔓延，危害性很大。总结电缆火灾的发生原因，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案例的90％。这些小规模火灾的特点是热源尺寸小、无明火辐射小、且沿电缆长距离分布，《钢铁冶金企业设计防火规范》GB50414对这种小规模火做出了相关的定义，即火源尺寸不超过10cm。这些特点对电缆火灾探测技术提出，高空间分辨、长探测距离和快响应速度的要求。

现有线型感温火灾探测技术主要有：感温电缆、光纤散射感温技术和传统光纤光栅感温技术。(1)感温电缆(Li G,Zhang W.Analog Line-Type Fixed Temperature FireDetection Cable:US,US20080106365[P].2008.)利用材料电阻值对温度敏感的特性测量温度，测量精度不高，可用于火灾探测，通常探测长度的极限在100-200米，难以大规模应用，且不能用于高压电缆。(2)光纤散射感温技术(Bowen J M,Sullivan P J,Blanche S M,et al.Optical-fiber raman spectroscopy used for remote in-situ environmentalanalysis:US,US4802761[P].1989.)利用光纤材料散射强度对温度敏感的特性测量温度，探测长度在公里级别，但是由于散射光强度为入射光强度的百万-千万分之一，要测量这种弱强度光的变化就更加困难，导致响应速度慢，空间分辨率低，难以满足火灾报警的应用需求。(3)光纤光栅感温技术利用光栅布拉格反射波长随温度变化测温，***响应速度快，测温精度高，已实现传感距离20-30公里火灾探测(丁宏军,范典,姚浩伟,等.基于线型感温火灾探测器的电缆隧道火灾实验[J].光学精密工程,2013,21(9):2225-2230.)。但是传感的光纤光栅传感器需要单点制备，导致其空间分辨率受到限制，***容量也有限。

发明内容

本发明的目的在于实现空间分辨高、探测距离长和响应速度快的分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测***。

为实现上述目的，本发明提供一种分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测***。

该***包括光栅阵列感温光纤、波分时分解调模块、火灾报警模块和温度显示模块；

所述光栅阵列感温光纤分布在不同的防火分区，所述光栅阵列感温光纤上分布多个光栅温度传感器，同一个防火分区里的所有光栅温度传感器在同一温度下反射光谱相同；

所述波分时分解调模块发出的光脉冲进入光栅阵列感温光纤，光栅阵列感温光纤中的每个光栅温度传感器都有反射光谱返回波分时分解调模块，不同防火分区的反射光谱返回所述波分时分解调模块的时间不同，所述波分时分解调模块根据反射光谱计算不同防火分区的温度，并将温度信号输出给温度显示模块，同时根据报警策略输出火灾报警信号给火灾报警模块。

接上述技术方案，所述光栅阵列感温光纤长度至少为1公里，分布在至少200个不同的防火分区中，每个防火分区中都分布至少50个光栅温度传感器。

本发明还提供了一种基于上述***的分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测方法，该方法包括以下步骤：

将每个防火分区作为一个整体进行测温，同一个防火分区内温度一致；

在没有出现火灾时，所有光栅温度传感器的反射谱一致，同一个防火分区内所有光栅反射的光谱图如图2中光栅光谱图1所示，波分时分解调模块不启动火灾报警模块，只输出各防火分区的温度信号到温度显示模块；

当出现火灾时，防火分区内出现热点，热点所在防火分区的光栅温度传感器反射谱变化，将该热点的光谱移出原有反射谱区域，此时该防火分区内所有光栅反射光谱图如图2中光栅光谱图2所示，当热点范围进一步扩大，使得多个光栅受热时，移出的光谱强度进一步增加，此时该防火分区内所有光栅反射光谱图如图2中光栅光谱图3所示，当热点范围覆盖整个防火分区的时候，该分区内所有光栅光谱移出原有反射谱区，此时该防火分区内所有光栅反射光谱图如图2总光栅光谱图4所示；

波分时分解调模块根据报警策略启动火灾报警模块，并输出各防火分区的热点温度到温度显示模块。

本发明产生的有益效果是：本发明将光栅阵列感温光纤分布在不同的防火分区，每个光栅阵列感温光纤上分布多个光栅温度传感器，将每个分区作为一个整体进行测温，降低解调难度，达到快速响应的目的。当发生火灾时，防火分区内的任何光栅受热后光谱移出叠加光谱，避免出现成千上万只光栅旁瓣累加淹没受热移出光谱的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测***的结构示意图。

图2为本发明实施例的单分区光谱信号图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测***包括光栅阵列感温光纤、波分时分解调模块4、火灾报警模块5和温度显示模块6。

光栅阵列感温光纤分布在不同的防火分区，所述光栅阵列感温光纤上分布多个光栅温度传感器，同一个防火分区里的所有光栅温度传感器在同一温度下反射光谱相同。

如图1所示，具体包括防火分区1、防火分区2、防火分区3……防火分区m，m的大小根据监测环境来确定。

防火分区1中包括1.1-防火分区1光栅温度传感器1号、1.2-防火分区1光栅温度传感器2号、1.3-防火分区1光栅温度传感器3号……1.n-防火分区1光栅温度传感器n号；

防火分区2中包括2.1-防火分区2光栅温度传感器1号、2.2-防火分区2光栅温度传感器2号、2.3-防火分区2光栅温度传感器3号……2.n-防火分区2光栅温度传感器n号；

防火分区3中包括3.1-防火分区3光栅温度传感器1号、3.2-防火分区3光栅温度传感器2号、3.3-防火分区3光栅温度传感器3号……3.n-防火分区3光栅温度传感器n号；

防火分区m中m.1-防火分区m光栅温度传感器1号、m.2-防火分区m光栅温度传感器2号、m.3-防火分区m光栅温度传感器3号……m.n-防火分区m光栅温度传感器n号。

波分时分解调模块4与光栅阵列感温光纤的一端连接，波分时分解调模块4发出的光脉冲进入光栅阵列感温光纤，光栅阵列感温光纤中的每个光栅温度传感器都有反射光谱返回波分时分解调模块4，不同防火分区的反射光谱返回所述波分时分解调模块4的时间不同，波分时分解调模块4根据反射光谱计算不同防火分区的温度，并将温度信号输出给温度显示模块6，同时根据报警策略输出火灾报警信号给火灾报警模块5，报警策略主要根据具体的温差、定温或者两者结合来指定，当达到一定的阈值就输出火灾报警信号。

本发明的一个实施例中，密集光栅阵列感温光纤长度为1公里，分布在200个不同的防火分区中，所述防火分区为5米，每个防火分区中都分布50个光栅温度传感器，所述光栅温度传感器间距为10cm。

采用光栅阵列在线制备技术，制备光栅阵列感温光纤，针对电缆火灾小尺寸火源的需求，实现高空间分辨率温度的测量。光栅阵列在线制备技术具有以下特点：采用工业拉丝塔制备技术，可快速大量制备光栅；连续多点写入传感光栅，光栅间无需焊接，无接点损耗，机械强度高；传感光栅之间的制作间距可以从厘米级到米级任意设置；响应速度快，探测距离远。

但是这种密集光栅阵列用于电缆火灾探测还存在以下问题：1、随着传感光栅的空间密集度增加，光栅数量增大，需求解调的信息量增大，***响应速度下降；2、大量同波长光栅的旁瓣累加严重，淹没有效信号。

分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测方法，同一个防火分区内温度一致，没有出现火灾时，所有光栅温度传感器的反射谱一致。

图2为本发明实施例的单分区光谱信号图，该图为几种情况下一个防火分区内所有光栅的反射光谱图形，其中光栅光谱1为该防火分区内没有热点作用时的所有光栅反射光谱，光栅光谱2为该防火分区内有热点作用于光纤光栅时所有光栅反射光谱，光栅光谱3为该防火分区内热点范围进一步扩大时，所有光栅的反射光谱，光栅光谱4为该防火分区全部被热点覆盖时所有光栅的反射光谱。

同一个防火分区内所有光栅反射的光谱图如图2中光栅光谱图1的星号标注曲线所示，波分时分解调模块4不启动火灾报警模块，只输出各防火分区的温度信号到温度显示模块，当出现火灾时，防火分区内出现热点，热点所在区域的光栅温度传感器反射谱变化，移出原有反射谱区域，此时该防火分区内所有光栅反射光谱图如图2中光栅光谱图2圆圈标注曲线所示，当热点范围进一步扩大，使得多个光栅受热时，移出的光谱强度进一步增加，此时该防火分区内所有光栅反射光谱图如图2中光栅光谱图3圆点标注曲线所示，当热点范围覆盖整个防火分区的时候，该分区内所有光栅光谱移出原有反射谱区，此时该防火分区内所有光栅反射光谱图如图2总光栅光谱图4叉号标注曲线所示。即热点区域影响一个光栅温度传感器时，光谱如图2圆圈标注曲线所示，热点区域影响两个光栅温度传感器时，光谱如图2圆点标注曲线所示，热点区域影响整个分区的光栅温度传感器时，光谱如图2叉号标注曲线所示，上述情况波分时分解调模块4根据报警策略启动火灾报警模块5，并输出各防火分区的热点温度到温度显示模块6。每个分区作为一个整体进行测温，一个分区提取一个光谱，不同分区反射光谱返回的时间不同，该方案降低解调难度，达到快速响应的目的，同时能达到10cm小尺寸火灾探测。防火分区内的50只光栅反射光谱累加，任何光栅受热后光谱移出叠加光谱，避免出现成千上万只光栅旁瓣累加淹没受热移出光谱的问题。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测***，其特征在于，包括光栅阵列感温光纤、波分时分解调模块、火灾报警模块和温度显示模块；

所述光栅阵列感温光纤分布在不同的防火分区，所述光栅阵列感温光纤上分布多个光栅温度传感器，同一个防火分区里的所有光栅温度传感器在同一温度下反射光谱相同；

所述波分时分解调模块发出的光脉冲进入光栅阵列感温光纤，光栅阵列感温光纤中的每个光栅温度传感器都有反射光谱返回波分时分解调模块，不同防火分区的反射光谱返回所述波分时分解调模块的时间不同，所述波分时分解调模块根据反射光谱计算不同防火分区的温度，并将温度信号输出给温度显示模块，同时根据报警策略输出火灾报警信号给火灾报警模块。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述光栅阵列感温光纤长度至少为1公里，分布在至少200个不同的防火分区中，每个防火分区中都分布至少50个光栅温度传感器。

3.一种基于权利要求1的分区时分型光栅阵列光纤线型感温火灾探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

将每个防火分区作为一个整体进行测温，同一个防火分区内温度一致；

在没有出现火灾时，所有光栅温度传感器的反射谱一致，波分时分解调模块不启动火灾报警模块，只输出各防火分区的温度信号到温度显示模块；

当出现火灾时，防火分区内出现热点，热点所在防火分区的光栅温度传感器反射谱变化，将该热点的光谱移出原有反射谱区域；

波分时分解调模块根据报警策略启动火灾报警模块，并输出各防火分区的热点温度到温度显示模块。