CN110538398A - 基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置，基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置，包括分布式光纤测温系统、后台服务器、驱动单元、供电单元和气溶胶灭火系统，所述分布式光纤测温系统由光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、DSP数据处理模块以及定标控温模块五个部分组成，所述分布式光纤测温系统与所述后台服务器进行无线连接，通过所述后台服务器对驱动单元进行控制，所述后台服务器向驱动单元发出开启灭火命令，所述驱动单元立即向所述气溶胶灭火系统发出灭火指令，气溶胶灭火系统自动开启灭火模式。本发明分布式光纤温度传感是一种新型的传感技术，可用来对结构体表面与内部的温度量进行监测，一般由信号分析仪和传感光栅两部分组成。

Description

基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置

技术领域

本发明涉及生产区域安全监测技术领域，具体为基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置。

背景技术

热处理车间属于易燃易爆危险区域，消防安全十分重要，一旦发生火灾事故，后果不堪设想，因此及时了解各个安防区域的温度以及遇到危险警报时快速启动灭火装置是非常重要的。

本系统将感温光缆敷设在各个需要监控温度的区域，实时监测温度趋势，当温度达到报警条件时，系统会自动输出报警信号，同时自动启动一定范围内的气溶胶灭火系统，及时阻止火势蔓延，为了防止火灾时电源线损坏，整套系统配备有一个防爆应急电源。

发明内容

本发明的目的在于提供基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置，以解决上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置，包括分布式光纤测温系统、后台服务器、驱动单元、供电单元和气溶胶灭火系统，所述分布式光纤测温系统由光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、DSP数据处理模块以及定标控温模块五个部分组成，所述分布式光纤测温系统与所述后台服务器进行无线连接，通过所述后台服务器对驱动单元进行控制，所述后台服务器向驱动单元发出开启灭火命令，所述驱动单元立即向所述气溶胶灭火系统发出灭火指令，气溶胶灭火系统自动开启灭火模式。

进一步的，所述后台服务器时刻显示被监控区域的温度状况以及每个气溶胶灭火系统的状态，所述后台服务器能够手动设置温度上限，在温度达到设置的上限时候及时向驱动单元发出开启灭火装置的命令，所述后台服务器集成了强大的数据库，能够记录被测区域的历史数据。

进一步的，所述供电单元与驱动单元电性连接，所述供电单元将控制室的交流220V电源变换成24V直流工作电压，并将24V直流工作电压导入驱动单元。

作为本发明进一步的改进，所述气溶胶灭火系统通过所述驱动单元给出的24V直流工作电压进行驱动，所述气溶胶灭火系统内部设置有灭火喷雾，通过释放灭火喷雾完成灭火指令。

作为本发明进一步的改进，所述供电单元与驱动单元内部设置有供电线缆，且该供电线缆设置为军用级防爆UPS电源线缆。

作为本发明进一步的改进，所述气溶胶灭火系统包括供电单元、驱动单元、气溶胶灭火器、气溶胶喷头和气溶胶喷射挡板，所述气溶胶灭火器旋转固定于驱动单元的下侧，且气溶胶灭火器的喷口与气溶胶喷头的内端相契合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：分布式光纤温度传感是一种新型的传感技术，可用来对结构体表面与内部的温度量进行监测，一般由信号分析仪和传感光栅两部分组成。

与传统的火灾监测技术相比，分布式光纤传感测温监测系统具有如下优势：

(1)实时监测、提供整个安防区域的温度分析；可准确给出每根传感光缆所及的任何位置点处的温度情况，避免因理论建模推算引起的误差。

(2)可对被测件的报警情况进行准确的定位(1米)，方便排查异常温度处的故障。

(3)可设置定温报警，温差报警，温度变化速率报警和尖峰值报警。

(4)采用通讯光缆，使应变分布监测的成本大幅下降；安装方便，一条光缆可同时监测几十公里的范围。

(5)传感光缆实现了光电隔离，传感端无需供电，防腐蚀，能在恶劣环境中安全工作。

(6)分布式光纤测温系统监测到温度异常后，立即启动气溶胶灭火系统，切断火警源头。为了防止火灾发生时供电线缆损坏，本系统选取了军用级防爆UPS电源备用。

附图说明

图1为本发明的基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置一种实施方式的结构框图；

图2为本发明中分布式光纤测温原理图；

图3为本发明中分布式光纤测温原理的公式图；

图4为本发明中监控系统方案装置示意图；

图5为本发明中气溶胶灭火系统结构示意图。

图中：1、后台服务器，2、分布式光纤测温系统，3、气溶胶灭火系统，301、供电单元，302、驱动单元，303、气溶胶灭火器，304、气溶胶喷头，305、气溶胶喷射挡板，4、监测区域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置包括：包括分布式光纤测温系统、后台服务器、驱动单元、供电单元和气溶胶灭火系统，分布式光纤测温系统由光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、DSP数据处理模块以及定标控温模块五个部分组成，气溶胶灭火系统包括供电单元、驱动单元、气溶胶灭火器、气溶胶喷头和气溶胶喷射挡板，所述气溶胶灭火器旋转固定于驱动单元的下侧，且气溶胶灭火器的喷口与气溶胶喷头的内端相契合，配套的气溶胶灭火器便于使用后更换，且在检测气溶胶灭火系统是否能够正常工作时更加方便快捷，系统利用半导体激光器产生窄脉宽光脉冲信号进入光纤，经过光波分复用装置，将产生的拉曼散射光耦合至光电探测模块，由于受温度影响的反斯托克斯光信号很弱，采用双路微信号光电探测APD以及信号放大电路进行光信号和电信号之间的转换，将转换后相应的电压值经DSP高速处理芯片进行数据采集以及初步解调。

其中，k为玻尔兹曼常数，h为普朗克常数，c为真空中的光速，k为波尔兹曼常数，V0为入射光频度；T为绝对温度，由上式可以看出，要得知光纤所处环境的实时温度T，必须知道T0，所以系统中引入一段定标光纤，对于固定的温度(控温模块定标温度)有：

所以有以上各式可以看出，温度信息T只是与光纤固定参数以及定标温度有关的量，对温度测量点的空间定位是通过光时域反射(OTDR)技术实现的，当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生后向散射，入射光经过光纤中散射点返回到光纤入射端所需时间为t,则光纤中散射点与光纤入射端的距离L由以下公式：

式中，V为光在光纤中传播速度，C为真空中的光速，n为光纤折射率因此利用光时域反射技术可以确定沿光纤温度场中每个温度采集点的位置及异常温度点、光纤故障点和断点的距离定位信息。

分布式光纤测温系统与后台服务器进行无线连接，通过后台服务器对驱动单元进行控制，后台服务器向驱动单元发出开启灭火命令，驱动单元立即向气溶胶灭火系统发出灭火指令，气溶胶灭火系统自动开启灭火模式。

气溶胶灭火系统以及光纤光栅温度传感器安装在被监控区域的上方，单个气溶胶灭火系统释放后的覆盖面积有多种规格可选，有1m³、4m³、8m³、16m³等等，灭火装置在激活前处于完全封闭稳定状态，一旦激活，喷雾的悬浮粒子将快速扩散至受保护区域，并且及时切断火源。

工作原理：首先供电单元是给驱动单元提供工作所需的直流电压，这里采用直接将控制室的交流220V电源变换成24V直流工作电压，当市电停电或者市电过低时，不间断防爆电源切换至应急输出状态，向负载提供电能，具有防爆的特性，光纤光栅温度传感器实时反馈被监测区域的温度，起到监控被测区域温度的作用，实时监测被控区域的温度，并将温度数据及时上传至后台服务器，供后台服务器进行数据处理，驱动单元通过后台服务器的命令来判断是否要启动气溶胶灭火系统，当温度传感器反馈的温度达到设定的异常值时，后台服务器向驱动单元发出开启灭火命令，驱动单元立即向发气溶胶灭火系统发出灭火指令，气溶胶灭火系统自动开启灭火模式。

气溶胶灭火系统的灭火机理为：气溶胶灭火系统中的固态灭火剂通过电启动，其自身发生氧化还原反应形成大量凝集型灭火气溶胶，其成分主要是N2、少量CO2、金属盐固体微粒等，且通过三种方式进行灭火工作，首先，在热作用下，灭火气溶胶中分解的气化金属离子或失去电子的阳离子可以与燃烧中的活性基团发生亲和反应，反复大量消耗活性基团，减少燃烧自由基，其次，灭火气溶胶中的微粒粒径很小(10-9～10-6m)，具有很大的表面积和表面能，可吸附燃烧中的活性基团，并发生化学作用，大量消耗活性基团，减少燃烧自由基，最后，灭火气溶胶中的N2、CO2可降低燃烧中氧浓度，但其速度是缓慢的，灭火作用远远小于吸热降温、化学抑制。

气溶胶灭火系统通过驱动器给出的24V电压来驱动，在接收到信号后快速触发，释放灭火喷雾破坏燃烧，及时阻止火势蔓延，喷雾释放后极小的灭火微粒会悬浮在空气中一段时间，防止死灰复燃。灭火结束后，火场易于清理，喷雾剂不会遗留对人体有害的物质，环保无污染。

后台服务器负责时刻显示被监控区域的温度状况以及每个气溶胶灭火系统的状态，可以手动设置温度上限，在温度达到设置的上限时候及时向驱动单元发出开启灭火装置的命令，后台部分还可以选择手动打开每个气溶胶灭火系统，切换方便，安全有效，后台软件还集成了强大的数据库，可记录被测区域的历史数据，以供技术人员后期分析。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置，包括分布式光纤测温系统、后台服务器、驱动单元、供电单元和气溶胶灭火系统，其特征在于，所述分布式光纤测温系统由光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、DSP数据处理模块以及定标控温模块五个部分组成，所述分布式光纤测温系统与所述后台服务器进行无线连接，通过所述后台服务器对驱动单元进行控制，所述后台服务器向驱动单元发出开启灭火命令，所述驱动单元立即向所述气溶胶灭火系统发出灭火指令，气溶胶灭火系统自动开启灭火模式。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置，其特征在于：所述后台服务器时刻显示被监控区域的温度状况以及每个气溶胶灭火系统的状态，所述后台服务器能够手动设置温度上限，在温度达到设置的上限时候及时向驱动单元发出开启灭火装置的命令，所述后台服务器集成了强大的数据库，能够记录被测区域的历史数据。

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置，其特征在于：所述供电单元与驱动单元电性连接，所述供电单元将控制室的交流220V电源变换成24V直流工作电压，并将24V直流工作电压导入驱动单元。

4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置，其特征在于：所述气溶胶灭火系统通过所述驱动单元给出的24V直流工作电压进行驱动，所述气溶胶灭火系统内部设置有灭火喷雾，通过释放灭火喷雾完成灭火指令。

5.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置，其特征在于：所述供电单元与驱动单元内部设置有供电线缆，且该供电线缆设置为军用级防爆UPS电源线缆。

6.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温技术的热处理安全联动装置，其特征在于：所述气溶胶灭火系统包括供电单元、驱动单元、气溶胶灭火器、气溶胶喷头和气溶胶喷射挡板，所述气溶胶灭火器旋转固定于驱动单元的下侧，且气溶胶灭火器的喷口与气溶胶喷头的内端相契合。