CN201780648U - 一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，适用于光纤传感等领域。其宽带光源(1)接第一三端口光环形器的第一端(21)，第一三端口光环形器的第二端(22)串接第一至第n个窄带布拉格光纤光栅(31、32、...、3n)；第一三端口光环形器的第三端(23)接的宽带光纤光栅(30)的一端，宽带光纤光栅(30)的另一端接光电探测器(4)，其中n≥2；窄带布拉格光纤光栅的中心波长均为1510nm～1590nm，宽带光纤光栅中心波长1500nm～1600nm。光电探测器检测经过宽带光纤光栅透过来的光功率；一旦光电探测器检测到的输出光功率发生变化，发出报警信号，得知隧道发生火灾。该系统制作容易，结构简单、性价比高。

Description

一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统

技术领域

本实用新型涉及基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，适用于光纤传感技术、交通信息工程等领域。

背景技术

地下轨道交通正日益成为各大城市解决交通堵塞的重要手段，地下隧道是其重要的交通通道。同时，高速公路也正成为今日社会的经济命脉，公路隧道更是其重要的组成部分。每天都有大量的车辆在地下隧道和公路隧道中行驶，其高负荷运行都会使其极易损害，任何细小的事故都将导致严重的后果。火灾，是地下隧道及公路隧道所面临的高度危险之一。隧道内双向行车道的行驶，高危险性的货物运输，以及大交通流量等因素大大增加了隧道火灾的潜在危险。隧道内的环境非常特殊，火灾一旦发生，往往会一发不可收拾，同时隧道内缺乏逃生设施及救护人员，很可能造成重大伤亡。

发生在隧道中的火灾。多数是开放性火灾，带有浓烟，其热辐射率为数兆瓦级，在数分钟内便可形成火灾。为了确保火灾报警的可靠无误，火灾监测系统应能记录开放式火灾的辐射区域，这是极其重要的。此外，由于表面热幅射传递的热量要比热气体的热对流交换所传递的快一些，所以火灾监测系统应能迅速探测温度变化。

中国国内现有隧道火灾监控系统有基于双波长火焰探测和感烟式火灾探测的点型感光探测系统以及基探测、激光光纤感温探测的线型感温探测系统，点型感光探测系统由于其原理主要是对明火明光进行探测，容易受到干扰，如起火点被物体遮挡或非火灾引起的烟雾等，都会引起漏报或误报，影响正常工作运作。而线型感温探测系统中的感温电缆和空气管温差探测是较早期的产品，由于可靠性不稳定，现基本已被公路隧道业所淘汰。热敏合金线差温火灾探测器是现在应用较为普遍的一种，但是探测器之间是用电缆连接，易受电磁干扰，传输距离短。光纤感温探测是利用光纤拉曼散射的强度分析温度的变化，检测信号微弱对激光光源的要求较高且易损坏，而且分析计算的计算量较大，监测距离越远、要求的空间分辨率和温度精度越高，其相应速度就越低。在中国的应用刚刚开始，但是由于价格比较昂贵，现在应用的工程较少。

传统的分布式光纤光栅检测系统所采用的传感光纤光栅和匹配光纤光栅的数量相同，且波长完全匹配，结构复杂，制作麻烦。

发明内容

本实用新型所要解决的是克服现有技术存在的问题，提供一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统。

本发明的技术方案：

一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，其宽带光源接第一三端口光环形器的第一端口，第一三端口光环形器的第二端口串接第一至第n个窄带布拉格光纤光栅；第一三端口光环形器的第三端口接宽带光纤光栅的一端，宽带光纤光栅的另一端与光电探测器连接，其中n≥2。

所述的第一至第n个窄带布拉格光纤光栅中，每一个的中心波长均为1510nm～1590nm，宽带光纤光栅中心波长为1500nm～1600nm。

光电探测器检测经过宽带光纤光栅透过来的光功率；一旦光电探测器检测到输出的光功率发生变化，便发出报警信号，得知隧道发生火灾。

本发明的有益效果：系统不含任何电子器件，所以不会受任何种类的电子干扰，避免了传输线路损耗等因素的影响；全年365天24小时不间断在线监测，从根本上杜绝人员疏忽导致的事故；光纤传感线缆具有优异的耐用性，所以对环境因素如温度、压力和湿度波动极具抵抗力，同样也适用于多尘和含有腐蚀性物质的空气中；只需要中心波长一致的窄带布拉格光纤光栅，制作容易；安装传感线缆和维护都十分容易，在线光缆有损伤的地方可以像修复普通光纤一样接合。

附图说明

图1采用三端口光环行器的基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统的示意图。

图2采用两个三端口光环行器的基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统的示意图。

图3采用三端口耦合器的基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统的示意图。

图4采用四端口光环行器的基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统的示意图。

具体实施方式

实施例一

一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，如图1，其宽带光源1接第一三端口光环形器的第一端口21；第一三端口光环形器的第二端口22串接第一窄带布拉格光纤光栅31、第二窄带布拉格光纤光栅32；第一三端口光环形器的第三端口23接宽带光纤光栅30的一端；宽带光纤光栅30的另一端与光电探测器4连接。

所述的第一、第二窄带布拉格光纤光栅中，每一个的中心波长均为1510nm，宽带光纤光栅30的中心波长为1500nm。

实施例二

一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，如图2，其宽带光源1接第一三端口光环形器的第一端口21；第一三端口光环形器的第二端口22串一接第一窄带布拉格光纤光栅31、第二窄带布拉格光纤光栅32、...、第十窄带布拉格光纤光栅310；第一三端口光环形器的第三端口23接第二三端口光环行器的第一端口51；第二三端口光环行器的第二端口52接宽带光纤光栅30；第二三端口光环行器的第三端口53与光电探测器4连接。

所述的第一至第十窄带布拉格光纤光栅中，每一个的中心波长均为1590nm，宽带光纤光栅30的中心波长为1560nm。

实施例三

一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，如图3，三端口耦合器的第一端口61接宽带光源1；三端口耦合器的第二端口62接宽带光纤光栅30的一端，宽带光纤光栅30的另一端与光电探测器4连接；三端口耦合器的第三端口63串接第一窄带布拉格光纤光栅31、第二窄带布拉格光纤光栅32、...、第五十窄带布拉格光纤光栅350。

第一至第五十窄带布拉格光纤光栅中，每一个的中心波长均为1530nm，宽带光纤光栅30的中心波长为1550nm。

实施例四

一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，如图4，四端口光环形器的第一端口71接宽带光源1；四端口光环形器的第二端口72串接第一窄带布拉格光纤光栅31、第二窄带布拉格光纤光栅32、...、第一百窄带布拉格光纤光栅3100；四端口光环形器的第三端口73接宽带光纤光栅30；四端口光环形器的第四端口74与光电探测器4连接。

第一至第一百窄带布拉格光纤光栅中，每一个的中心波长均为1580nm，宽带光纤光栅30的中心波长为1600nm。

窄带布拉格光纤光栅的数量根据测量距离而定，一般相隔5m～10m安装。

当没有火灾发生时，光电探测器4检测经过宽带光纤光栅30透过来的光功率为P₁。而当光纤光栅阵列中任意一个窄带布拉格光纤光栅处发生火灾时，周围温度发生变化，对应的波长相应发生变化，由窄带布拉格光纤光栅反射回来的光进入宽带光纤光栅30后，光电探测器4检测经过宽带光纤光栅30透过来的光功率变化为P₂。一旦光电探测器4检测到的光功率变化了，便发出报警信号，得知隧道发生火灾。

本实用新型所使用的器件均为市售器件。

Claims (4)

1.一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，宽带光源(1)接第一三端口光环形器的第一端口(21)，第一三端口光环形器的第二端口(22)串接第一至第n个窄带布拉格光纤光栅(31、32、...、3n)；第一三端口光环形器的第三端口(23)接宽带光纤光栅(30)的一端，宽带光纤光栅(30)的另一端与光电探测器(4)连接，其中n≥2；

其特征在于：

第一至第n个窄带布拉格光纤光栅中，每一个的中心波长均为1510nm～1590nm，宽带光纤光栅(30)中心波长为1500nm～1600nm。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，其特征在于：所述的第一三端口光环形器的第三端口(23)接第二三端口光环行器的第一端口(51)，第二三端口光环行器的第二端口(52)接宽带光纤光栅(30)，第二三端口光环行器的第三端口(53)与光电探测器(4)连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，其特征在于：所述的第一三端口光环形器由三端口耦合器取代，三端口耦合器的第一端口(61)接宽带光源(1)，三端口耦合器的第二端口(62)接宽带光纤光栅(30)的一端，宽带光纤光栅(30)的另一端与光电探测器(4)连接，三端口耦合器的第三端口(63)串接第一至第n个窄带布拉格光纤光栅(31、32、...、3n)。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于分布式光纤光栅传感器的隧道防火监测系统，其特征在于：第一三端口光环形器(2)由四端口光环形器(7)取代，四端口光环形器的第一端口(71)接宽带光源(1)，四端口光环形器的第二端口(72)串接第一至第n个窄带布拉格光纤光栅(31、32、...、3n)，四端口光环形器的第三端口(73)接宽带光纤光栅(30)，四端口光环形器的第四端口(74)与光电探测器(4)连接。 

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