CN205140126U - 基于机敏材料的隧道火灾预警传感器及其路面布设系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于机敏材料的隧道火灾预警传感器及其路面布设系统，包括由机敏材料制成的且能感知温度变化的传感器元件，所述传感器元件内置两个电极，内置电极外部需连接外部线路供测量使用，在内置电极接线端涂抹有保护层，传感器元件表面设有封装层；所述机敏材料元件具有优良的温度敏感性，能感知外界温度异常变化并转换为电信号，是传感器的核心组成部分，能适用于隧道火灾预警，可靠度高。

Description

基于机敏材料的隧道火灾预警传感器及其路面布设系统

技术领域

本实用新型涉及消防领域，具体涉及基于机敏材料的隧道火灾预警传感器及其路面布设系统。

背景技术

隧道多埋置于地层内，利用地下空间，一旦有火灾灾情，逃生难度大，若发现不及时，救援工作难以及时开展。由于隧道火灾后果的严重性，高效的隧道火灾预警系统对于及时发现火灾灾情，保护人民群众的生命和财产安全具有重要的意义，而隧道火灾的探测问题已成为隧道安全领域的首要问题之一。目前，隧道火灾的探测主要有热敏合金线式、光纤式和双波长火焰探测器式等。所用传感器主要包括火焰传感器、温度传感器、烟雾传感器等。

其中，分布式光纤温度传感装置近年来发展迅速，已逐步被应用于隧道火灾探测与报警领域，主要的方式包括光纤光栅传感、拉曼光时域反射计传感以及布里渊光时域反射计传感。与传统的点式火灾探测系统(如双波长火焰探测器等)相比，分布式传感具有空间连续分布探测的优点，分布范围内任意一点发生火灾都可以进行准确判别定位。同时，由于光缆不易受电磁等扰动影响，不易出现分布式感温电缆的误报等状况。

然而，隧道内起火到爆发成灾经历的时间往往较短，这就要求基于分布式光纤温度传感装置的火灾探测与报警系统具有较快的响应速度，而分布式光纤通常布置在隧道拱顶位置，在隧道断面上与路面火灾发生点的距离往往是最大的，因此响应时间往往也会有所延长；此外，当隧道内纵向风速较大的情况下(例如开启风机的情况下)，根据通常的绝对温度、绝对温升以及温升梯度均等判别指标均难以在较短时间内识别温度场异常进而触发报警。

实用新型内容

为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种基于机敏材料的隧道火灾预警传感器及其配套的路面布设系统，利用机敏材料的温度敏感性，使用本传感器可以探测隧道内发生火灾时的异常温度，并将温度信号转换为电信号，及时获得反馈，一旦有异常即可给出预警，有利于发现火灾灾情，及时处理。

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：

基于机敏材料的隧道火灾预警传感器，包括由机敏材料制成的且能感知温度变化的传感器元件，所述传感器元件内置两个电极，内置电极外部均需连接外部线路供测量使用，在内置电极接线端涂抹有保护层，传感器元件表面设有封装层；

所述传感器元件采用熔融PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯英文名:polyethyleneterephthalate，简称PET)、河砂掺加石墨导电相拌合而成，采用的配合比即质量比为，石墨：PET及河砂混合物＝13％；PET：河砂＝1:3。

进一步的，所述河砂的级配为：

进一步的，传感器元件为柱体，可以为棱柱体或圆柱体。

进一步的，柱体的高一般为2～5cm，并结合路面面层情况确定，如当为沥青路面时，可考虑与上面层厚度相等。柱体底面任意两点连线长度应大于等于柱体的高，小于等于柱体高的两倍。

进一步的，内置电极所在平面应平行于柱体底面。

进一步的，所述内置电极应尽量贴近柱体底面，但需预留一定的保护层厚度，即内置电极距离柱体底面的距离应不小于1cm。

进一步的，内置电极可为网状或线圈状，也可独立的形成一个平面。

进一步的，内置电极材料可采用不锈钢、铜、铝或合金。

进一步的，外部线路可用橡胶软管、塑料软管进行套装。外部线路连接电极处需进行涂抹防护层保护，外接线路需进行套装保护，套装对应的材料应满足防腐防潮、绝缘及耐高温的要求，传感器元件表面涂抹封装保护层。

进一步的，传感器的在异常温度时电阻值会产生突变，进而感知异常温度，将温度信号转换为电信号，传感器所感知异常温度区间为＞130℃。

进一步的，基于机敏材料的隧道火灾预警传感器的制作方法，包括：

机敏材料传感器元件的制作：采用熔融PET、河砂掺加石墨导电相拌合而成，采用的配合比即质量比为，石墨：PET及河砂混合物＝13％；PET：河砂＝1:3；

传感器元件采用内置两个电极，内置电极所在平面应平行于柱体底面；

传感器元件内置电极外部需连接外部线路供测量使用，还应在接线端涂抹保护层进行防护，对引出线路应进行外装防护；

外部线路可用橡胶软管、塑料软管、等进行套装；

传感器元件表面需进行封装，避免传感器元件与外部环境直接接触，起到隔离保护的作用。

进一步的，传感器在路面横断面及纵断面上的分布构成传感器路面布设系统，分为沿隧道横断面分布以及纵断面分布；

纵向遵循规则为，隧道长度为500～10000米时，相邻传感器布置间距为≤7米；隧道长度为＞10000米时，传感器布置间距为≤8米；高速公路隧道每百米15～20个探点；

横向遵循规则为，当为双车道时，传感器应布置在双车道中央；当大于双车道时，相邻传感器间隔为＜5米，传感器布置在车道线。

当同一横断面横向需布置不止一个传感器时，在纵向交叉布置，即纵向间隔不变的前提下，横向相邻两传感器应布置在间隔的车道线(图3d)。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型所述机敏材料元件具有优良的温度敏感性，能感知外界温度异常变化并转换为电信号，是传感器的核心组成部分，能适用于隧道火灾预警，可靠度高。

2.本实用新型所述传感器布设在路面结构层，能迅速感知路面温度变化，响应及时。

3.本实用新型所述传感器能应用于复杂的道路环境，并能获得可靠的数据反馈。能适用于不同的路面温湿度状况，成活率高，耐久性好。

4.本实用新型所述传感器各元件组成原料来源广泛，价格低廉，成型工艺较为简单，成本低廉，可以大量推广，广泛应用。

附图说明

图1a是传感器元件棱柱体形态；

图1b是传感器元件圆柱体形态；

图2是传感器元件温度—电阻变化率曲线图。

图3a为双车道横断面布置，图3b为四车道横断面布置，图3c为双车道纵断面布置，图3d为四车道纵断面布置。

其中，1为传感器元件，2为内置电极，3为外部导线，4为传感器，

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

如图1a-图1b所示，基于机敏材料的隧道火灾预警传感器，包括由机敏材料制成的且能感知温度变化的传感器元件1，所述传感器元件1内置两个电极，内置电极2外部需连接外部线路3供测量使用，在内置电极2接线端涂抹有保护层，传感器元件1表面设有封装层；

本实用新型按给定配合比制作的传感器元件1，可以感知异常温度，传感器元件1可由不同形态构成；给定传感器元件1的测量线路及外部保护；然后确定传感器元件1外部封装，形成最终的传感器4；最后，提出相应的路面布设系统。

传感器元件1的形态为柱体，即棱柱体或圆柱体，埋置时柱体的底面应平行于路面结构层。其具体尺寸应根据路面面层的厚度而定，柱体的高应考虑路面面层厚度；柱体底面任意两点连线长度应小于等于柱体的高。

传感器元件1采用内置两个电极，内置电极2所在平面应平行于柱体底面。内置电极2应尽量贴近柱体底面，但需预留一定的保护层厚度，即内置电极2距离柱体底面的距离应不小于1cm。内置电极2可为网状(如图1a、图1b)、线圈状等，也可独立的形成一个平面。内置电极2材料可采用不锈钢、铜、铝、合金等材料。尺寸为适应于传感器元件尺寸。

传感器元件1内置电极2外部需连接外部线路3供测量使用，还应在接线端涂抹保护层进行防护，对引出线路应进行外装防护。如线路可用铜导线进行焊接，并在焊接处涂抹树脂材料等进行封装保护，涂抹的材料应满足绝缘、防潮防腐、耐高温(200℃)等要求，使焊接处与外界隔绝。外部线路可用橡胶软管、塑料软管等进行套装应满足绝缘、防潮防腐、耐高温(200℃)等要求，以达到保护目的。

传感器元件1表面需进行封装，避免元件与外部环境直接接触，封装层应尽量薄，封装材料满足绝缘、防腐防潮等要求。如可采用沥青进行封装，只需在元件表面涂抹一个薄层即可。

如图2所示，所述传感器4具有优良的温度敏感性，在异常温度时电阻值会产生突变，进而感知异常温度。正常路面温度变化为30～70℃，在此温度区间内，传感器电阻变化率较小；在70℃以后，有小范围的温度波动；130℃时电阻发生突变。此处的异常温度区间为＞130℃，此时传感器电阻突变，发出警报。

由图2可得出此传感器监测温度公式，即由此传感器可以实时监测路面温度，将其电阻变化率转换为温度变化，由此得出实时温度，当温度＞130℃时，即发出警报。

y＝177.8*exp(-((x-0.3334)/0.3609)^2)-8.283e+10*exp(-((x+0.007829)/0.001696)^2)

上式中，y为温度，x为电阻变化率；其中监测区间为x为0到14％，监测的温度区间为0到130℃。

如图3a-图3d所示，所述传感器路面布设是指传感器在路面上的空间分布。分为沿隧道横断面分布以及纵断面分布。纵向遵循规则为，隧道长度为500～10000米时，布置间距为≤7米；隧道长度为＞10000米时，布置间距为≤8米；通常，高速公路隧道每百米15～20个探点。如布置间隔设置为7米。横向遵循规则为，当为双车道时，应布置在双车道中央；当大于双车道时，间隔为＜5米，一般布置在车道线，在纵向交叉布置。

所述传感器使用时，应埋置在路面面层表面，埋置时柱体底面应平行于路面结构层。传感器应布设在行车道线等非车辆行驶区域。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.基于机敏材料的隧道火灾预警传感器，其特征是，包括由机敏材料制成的且能感知温度变化的传感器元件，所述传感器元件内置两个电极，内置电极外部需连接外部线路供测量使用，在内置电极接线端涂抹有保护层，传感器元件表面设有封装层。

2.如权利要求1所述的基于机敏材料的隧道火灾预警传感器，其特征是，传感器元件为柱体，具体为棱柱体或圆柱体。

3.如权利要求2所述的基于机敏材料的隧道火灾预警传感器，其特征是，柱体的高为2～5cm，并结合路面面层情况确定，柱体底面任意两点连线长度应大于等于柱体的高，小于等于柱体高的两倍。

4.如权利要求2所述的基于机敏材料的隧道火灾预警传感器，其特征是，内置电极所在平面应平行于柱体底面。

5.如权利要求4所述的基于机敏材料的隧道火灾预警传感器，其特征是，所述内置电极应尽量贴近柱体底面，但需预留一定的保护层厚度，即内置电极距离柱体底面的距离应不小于1cm。

6.如权利要求4所述的基于机敏材料的隧道火灾预警传感器，其特征是，内置电极可为网状或线圈状，也可独立的形成一个平面；内置电极材料采用不锈钢、铜、铝或合金。

7.如权利要求1所述的基于机敏材料的隧道火灾预警传感器，其特征是，外部线路连接电极处需进行涂抹防护层保护，外接线路需进行套装保护，套装对应的材料应满足防腐防潮、绝缘及耐高温的要求，传感器元件表面涂抹封装保护层。

8.基于权利要求1所述的基于机敏材料的隧道火灾预警传感器在路面横断面及纵断面上的分布构成传感器路面布设系统，其特征是，分为沿隧道横断面分布以及纵断面分布；

纵向遵循规则为，隧道长度为500～10000米时，传感器布置间距为≤7米；隧道长度为＞10000米时，传感器布置间距为≤8米；高速公路隧道每百米15～20个探点；

横向遵循规则为，当为双车道时，传感器应布置在双车道中央；当大于双车道时，间隔为＜5米，传感器布置在车道线，在纵向交叉布置。