l　隧道的火災危險

地下軌道交通正日益成爲各大城市解決交通堵塞的重要手段．地下隧道是其唯一的交通通道。同時，高速公路也正成爲今日社會的經濟命脈，公路隧道更是其咽喉重地。大量的人員及貨物夜以繼日的通過它們運送到各地，其高負(fù)荷運行使其系統易損壞，任何細小的事故都将導(dǎo)緻嚴重的後果。

火災，是公路隧道以及地下鐵路隧道所面臨的高度危險之一。現代化交通系統的迅速發展，大大增加瞭(le)隧道火災的潛在危險。(例如
：隧道長度的不斷增加，雙向行車道，高危險性的貨物，隧道内由於(yú)大交通流量而日益增加的火災荷載等等因素。)

鑒於(yú)隧道内環境特殊，火災一旦發生，往往會一發不可收拾；並(bìng)且由於(yú)缺乏逃生設施及救護人員，加之司機與乘客驚慌失措
，很可能造成重大傷亡。

2　隧道的火災特點

發(fā)生在隧道中的火災，多數是開放性火災，它帶(dài)有濃煙
，其熱輻射率爲數兆瓦級，在數分鍾内便可形成火災。

經廣泛的試驗(包括路面車輛和地鐵列車)，一起火災通常在8—10分鍾完全形成
。對於(yú)大型貨運卡車，大約爲20-30分鍾。當有燃料洩漏並(bìng)形成坑／池時，火災在1-3分鍾内完全形成。“隧道火災”實例的測試顯示，在大約5分鍾之後，車輛火災的溫度升至大約200攝氏度
。

在這些發現的基礎上，我們得出如下結果：當隧道中發生一起嚴重的火災，在-先的4分鍾内，在火災點上方的熱空氣層可以探測(cè)到溫度每分鍾上升大於(yú)50攝氏度。

隧道通風将産生特定的影響。一般的測試都顯示，在大於(yú)2m／s的縱向風時，一輛汽車或列車火焰向上飄動，頂部的溫度僅達到60攝氏度
。並(bìng)且，在距火災發生地20米遠的地點，頂部溫度将降到50攝氏度以下。因此，在高速氣流時熱幅射的升溫梯度是唯一的報警相關标準。

隧道内風速的影響可以參(cān)見西門子樓宇科技公司在瑞士的哈葛伯奇試驗隧道所得到的測(cè)試數據。

在有消防通風系統時，爲確保排煙空氣流速必須增加至大於3m／s。另一方面，這增加瞭(le)5個單位的燃燒速率，並(bìng)且對隧道頂部的熱空氣層将更具破壞性。一些更先進的通風系統，在火災發生時，從隧道火災發生位置的頂部排煙。爲此應隻開啓火災發生位置的通風口，並(bìng)關閉新風系統
。

爲瞭(le)確保火災報警的可靠且無誤報，火災探測系統應能記錄開放式火災的輻射區域，這是極其重要的。此外由於(yú)表面熱幅射所傳遞的熱量要比熱氣體的熱對流交換所傳遞的快一些，所以火災探測系統應能迅速探測溫度變化。而-新的光纖感溫探測系統，提供瞭(le)幾近完美的探測性能。

3　光纖感溫探測系統介紹

3．1工作原理

經過物理實驗得知諸如溫度、壓力和張力等對玻璃纖維會造成影響，並(bìng)且能夠局部地改變光纖中的光線傳導特性，從而光線在傳導中會産生散射
，並(bìng)會在石英玻璃纖維中衰減，外部物理影響的位置就能夠被確(què)定，這樣光纖就能夠作爲一種線性的傳感器。

光纖感溫探測系統是一套利用光纖作爲線性感溫探測器的高新技術，其基本原理是利用光纖中石英分子鍵會受溫度上升而産生晶格振動。這種振動會導緻在光纖中傳輸的光産生散射(喇曼散射及R．aylei曲散射)，而散射量的大小可以直接反應溫度的高低。因此光纖感溫探測系統可以将環境溫度以連續的線性方式表示出來。光纖感溫探測系統的另一個嶄新的技術是可以準確(què)地定位溫度變(biàn)化的確(què)切位置。系統通過OTDK、OF’DR(光時域及光頻域反射測量法)及連續FFT(快速傅立葉變(biàn)換)對訊息進行外理，将微小的時空差别以頻率方式體現出來實現精確(què)定位，從而構成一套精密的光纖線性感溫探測系統。

光纖感溫探測(cè)系統包括一個分析單元(頻率生成器、激光源、光模、HF合成器和微處(chù)理器)以及一個石英光纖纜(LG)作爲線性溫度傳感器。

3．2特性

在隧道交通領域，光纖傳(chuán)感器線纜是一種理想的解決辦(bàn)法。因爲：

一它不包含任何電(diàn)子器件
，所以不會受到任何種類的電(diàn)磁幹(gàn)擾的影響。

一光纖傳感線纜設計瞭(le)優異的耐用性(可以預期大約50年的服務壽命)，所以對環境影響如溫度，壓力和濕度波動極具抵抗力，同樣也适用於(yú)多塵和含有腐蝕性物質的空氣中。

一安裝傳(chuán)感線纜和維護都十分容易，在線纜有損傷的地方可以像修複(fù)普通光纖一樣接合。

一傳(chuán)感線纜能夠不受限制地切割成要求的長(zhǎng)度，爲每一個工程提供所需的長(zhǎng)度，-長(zhǎng)可達4千米。

同時，光纖感溫探測(cè)系統能夠(gòu)：

一精確(què)定位火災位置，對(duì)隧道可進行大範圍的或局部範圍的顯示。

一指明火災(zāi)蔓延方向和速率。

一激活預先編(biān)制的聯動控制順序比如通風，疏散指示，交通信号燈，燈光調整等，並(bìng)通過通訊接口與其它控制系統進行聯動。

自20世紀80年代末，裝於(yú)不鏽鋼管中的石英玻璃纖維制成光纜開始用於(yú)信息傳輸(網絡控制)，而不會受到電磁幹擾。這種光纖系統不僅适用於(yú)傳輸信息，還可作爲局域分布的測(cè)量傳感器。

光纖感溫探測系統是一個線性感溫探測器，屬於(yú)-新一代光纖傳感器，其-大優點歸功於(yú)它的精確(què)測量特性，它特别适合用於(yú)公路(鐵路)隧道以及類似場合的火災危險監視裝置。

光纖感溫探測(cè)系統已經多年成功地應用於(yú)許多領域，尤其是公路(鐵路)隧道領域。

4　系統結構

光纖感溫探測(cè)系統有如下結構(gòu)：

一傳感線纜(-長4千米)

-OTS控制器配有激光發(fā)生器，測(cè)量信号評估和軟件

一外部電(diàn)源24V DC／100W(操作於(yú)230VAC)

一整個光纖感溫探測系統提供10個無電壓，報(bào)警和故障輸出，閉合觸點可用於(yú)連接9個主要區域報(bào)警，1個通常故障

一4個無電壓輸人用於(yú)：報(bào)警的複位，外部報(bào)警，監控

一與pcRS232)連接，在調試時設置優化操作參(cān)數
。帶(dài)有調試程序的PC在操作時或分離或連接

一将一台PC連接於(yú)接口，用來(lái)顯示設定區域和線纜沿線的溫度圖形顯示。 

4．1光纖感溫線纜

傳(chuán)感線纜有一個外徑爲1．65mm的鋼管。鋼管包含兩根獨立的石英玻璃光纖，每一根的外徑爲0．25mm。光纖顔色不同以便於(yú)标識
。剩餘空間用無水導熱材料填充
。

鋼管由一個絕緣塑料護套包圍，該護套直徑-大可8mm。該護套使在安裝時操作更爲簡便並(bìng)且提高機械穩定性和熱幅射的靈敏性
。爲辨識報(bào)警分區的設定，傳感線纜表面印有連續的長度米數數字。

感溫線纜特性

一圓形線纜，2芯多模光纖裝於(yú)高質量的鋼(gāng)套之中

一光纖内核62．5~m

一光纖覆層125~m

一鋼套1．65mm

一絕緣層8mm

一線纜長度-長4000m

一彎曲半徑-小60mm

一拉力

在安裝過程中-大200N

在使用過程中-大125N

一絕(jué)緣材料HDPE(高密度聚乙烯)，無囟素，紅(hóng)色

一測(cè)量溫度範(fàn)圍：-30攝氏度至+90攝氏度，短時間(<5分鍾)120攝氏度

一200攝氏度以下工作

一服務壽命50年

一對以下幹擾不會受到影響

一電磁幹擾

一通風開啓，電(diàn)纜，廣播系統，移動(dòng)電(diàn)話系統，廣播天線等等

一溫度波動

一濕度變化

一壓力波動

一腐蝕性氣體

一侵蝕性化學品

一紫外線幅射

4．2 OTS控制器

控制器爲模塊(kuài)化設計(jì)，含有以下子模塊(kuài)：

一LF：帶(dài)有激光源的頻率發(fā)生器

一PS：開關電源

一CC：CPU及通訊(xùn)RS232

一OD：帶(dài)有光纖與探測(cè)器的光模塊

OTS控制器使用24V直流電(diàn)源。

它有9個報(bào)警輸出和1個故障輸出。在調試過程中，OTS控制器可以經由一個PC機來設定參(cān)數。所測量的參(cān)數裝載人控制器的軟件中，該PC還帶有調試軟件
。

所測(cè)的數據經由一台PC機(jī)的顯示軟件可進行操作顯示
。顯示界面如圖所示。

5　光纖感溫探測系統功能

光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)具有如下控制功能：

5．1測量多種參數

光纖感溫探測(cè)系統測(cè)量程序能夠測(cè)量隧道内的溫度變(biàn)化。能夠選擇連續測(cè)量的空間分辨率。更好的空間分辨率需要控制器來測(cè)試整個感溫線纜。

當系統有4千米的傳感線纜時，空間分辨率的選擇和測(cè)量周期延長(zhǎng)将明顯地影響探測(cè)時間。測(cè)試和理論分析顯示測(cè)量周期爲30秒至60秒。光纖感溫探測(cè)系統的測(cè)量周期和空間分辨率可以在調試時決定。

5．2設定區域

整條線纜的長(zhǎng)度能夠按不同的要求分成不同的區域(例如監視，通風，照明區域)。一個區域是傳感線纜上一個不間斷的長(zhǎng)度區間
。區域能夠按要求定義。甚至可以相互重疊。-大可以有128個分區。每一個分區能夠分配獨立的激活參(cān)數和聯動輸出。

5．3報警激活

光纖感溫探測系統OTS控制器以周期性的間隔測量傳感線纜的溫度。測試周期取決於(yú)傳感線纜的長度和空間分辨距離，比如，-長的測量周期時間在4，000米傳感線纜且以3米爲空間分辨距離時。一個測量周期完成之後激活報(bào)警。

在一個分區中當(dāng)以下3個報(bào)警标準有一個以上滿足時，報(bào)警将被激活(典型缺省設置)：

一-高溫度每分區(qū)58攝(shè)氏度

一溫度梯度每分區(qū)8攝(shè)氏度／分鍾

一溫度差異在一個(gè)測(cè)量位置和分區平均值15攝氏度

這些設定與每一個分區相關並(bìng)且能夠對每一個分區根據隧道條件獨立調整。測(cè)量的周期時間在30秒至60秒之間。

爲瞭(le)確保盡可能地避免誤報警，當一個報警信息在一個測量周期出現時，将在下一個測量周期作再次確認。所以報警激活一般需要2個測量周期。在極端的情況下，報警激活可以多於(yú)2個測量周期。

5．4報警顯示

報警能夠如下顯示

一帶(dài)有輸出報(bào)警的接點(提供給火警報(bào)警及控制系統)

一分區溫度報警

5．5設定火災規模

可設定5種規(guī)模，每一種用米作單(dān)位來分配大小。火災規(guī)模可以清楚顯示。

5．6顯示火災蔓延方向

絕大多數在隧道中的火災向這一個方向或向另一方向蔓延，這取決於(yú)熱量，燃燒性氣體的擴張和當時通風狀況。一旦得知火災的蔓延方向，消防部門，救護隊員等就能夠從(cóng)-小危險的一端進入。以避免造成人員傷亡。

火災蔓延有3種可能性：

一火災是靜态的

一火災向OTS控制器蔓延

一火災(zāi)向OTS控制器反方向蔓延

火災蔓延方向能夠以信号方式傳(chuán)送給(gěi)控制中心。

6　光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)在隧道中的使用

在實際工程使用中，光纖感溫探測(cè)系統光纖控制主機設置於(yú)地鐵站台或公路(鐵路)隧道的消防控制室内，引出一路光纖監控整個隧道，探測(cè)距離可達4000m。主機提供RS232及數字信号接口，可通過COM接口或Modem将信号傳送至OTS-PC監控系統，使用圖文方式顯示隧道内溫度狀況及火焰蔓延方向。

遂道中光纖線纜傳感器安裝在遂道頂部，居中布置，光纖外套上有每米的長度标識，可方便與遂道長度對照。光纖採(cǎi)用高強度尼龍夾固定，尼龍夾的設置建議每米一個(參考值爲lm~2m)，光纖允許有一定的彎曲，但彎曲半徑不小於(yú)60mm。

採(cǎi)用光纖線纜傳感器，報警區間長度可任意定義，一般可按100m區間定位。發生火災時，不僅能按報警區間給出火災報警信号。同時可以實時顯示報警溫度曲線。線纜故障時能即時發出故障信号。另外設置手動報警按鈕，用於(yú)輔助報警手段，每隔50m安裝一隻，安裝在隧道洞壁1．5m高處，以便於(yú)安裝維修。

我們相信這種新一代火災報(bào)警産品一一光纖感溫探測系統會越來越多地應用於(yú)在隧道的消防保護中。