| ascxxd |
2010-03-15 04:19 |
光纖光柵溫度傳感技術(shù)在消防火災(zāi)感溫探測中的應(yīng)用
一．概述 >A 6PH*x
光纖光柵傳感技術(shù)是近年來應(yīng)用發(fā)展非�？斓囊豁椄呖萍脊怆妭鞲行录夹g(shù)，它的特點(diǎn)是采用無電檢測的方式，精確探測和測試各類溫度、應(yīng)力應(yīng)變、位移、加速度等各類物理量。 8|hi2Qeu,c
早在1978年加拿大通信中心的Hill K O等人首次在摻鍺光纖中采用駐波寫入法制成光纖Bragg光柵( FBG)后，美國、歐洲等國家和地區(qū)成為光纖光柵傳感器和傳感技術(shù)科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū)。我國對光纖光柵傳感器的研究相對晚一些，但在光纖傳感器的產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用方面卻走在西方國家的前例，盡管西方國家在該領(lǐng)域?qū)ξ覈恢睂?shí)行技術(shù)封鎖，但我們的研究成果已經(jīng)超過西方國家的水平，我們在國家“863”科技攻關(guān)計劃項目中實(shí)施的1550nm波段獨(dú)立波長波分復(fù)用光纖光柵傳感技術(shù)在國內(nèi)外獨(dú)樹一幟，其中目前我國消防領(lǐng)域和溫度實(shí)時在線監(jiān)測領(lǐng)域大量應(yīng)用的從小容量（4通道）到特大容量（256通道）、從低速（1Hz）到特高速率（2000Hz）并且是全同步解調(diào)的光纖光柵傳感解調(diào)技術(shù)已經(jīng)成功的攻克了許多技術(shù)難題，特別是在工程化應(yīng)用方面必須具備的兩個關(guān)鍵性基本技術(shù)條件，即每個傳感器的實(shí)時數(shù)據(jù)顯示技術(shù)、每個傳感器的實(shí)時自檢技術(shù)也早已被我們所掌握；此外我們不僅具備國際上最先進(jìn)的光纖光柵制造設(shè)備，而且傳感器的封裝技術(shù)也已經(jīng)達(dá)到了一個新的高度，不僅進(jìn)一步的減少傳感器漂移的幾率，而且還大大的提高傳感器的使用壽命，因此不管在傳感領(lǐng)域還是解調(diào)領(lǐng)域，我們在該領(lǐng)域的技術(shù)水準(zhǔn)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。 j 6 _w2
由于光纖光柵傳感技術(shù)在工程化的應(yīng)用方面獲得了許多關(guān)鍵性的技術(shù)突破，因此該技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用方面具有十分廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，其中光纖光柵溫度傳感技術(shù)用于消防感溫火災(zāi)探測領(lǐng)域就是一項非常重大的技術(shù)突破。 ^b.fci{1m
二．傳統(tǒng)消防產(chǎn)品的特點(diǎn) &XhxkN$8
我國當(dāng)前使用的消防報警控制系統(tǒng)主要是一些傳統(tǒng)的技術(shù)，火災(zāi)自動探測系統(tǒng)其主要目的就是及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)事故隱患，發(fā)出報警信號，以提示相關(guān)人員采取相應(yīng)的措施以抑制火災(zāi)發(fā)生或擴(kuò)大。盡管有著良好的愿望，但由于這些產(chǎn)品在許多關(guān)鍵技術(shù)方面難以再有新的突破，因此總存在許多缺陷，往往當(dāng)火災(zāi)真的發(fā)生了，等到這些火災(zāi)探測器工作時，火災(zāi)已處于比較嚴(yán)重的階段了，而對于最關(guān)鍵的的初期火災(zāi)錯過了最佳報告時間，故而難以實(shí)現(xiàn)其“預(yù)警”的目的與作用。因此，如何在火災(zāi)隱患的潛伏期及時準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的形成，并采取積極主動的、行之有效的方法從根本上杜絕火災(zāi)的發(fā)生，無疑是非常重要的。因此火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的可靠性很關(guān)鍵，而可靠性主要取決系統(tǒng)能否真實(shí)、實(shí)時、有效的測量。 ecp0 hG`%
傳統(tǒng)消防探測系統(tǒng)主要包括：煙感探測器，溫感傳感器，煙溫復(fù)合式探測器，可燃?xì)怏w探測器，紅外探測器，感溫電纜，感溫光纖、雙波長火焰探測系統(tǒng)、手動報警系統(tǒng)等組成。 h=NXU9n%'
傳統(tǒng)的火災(zāi)探測器很難迅速采集火災(zāi)形成初期的溫度變化信息，而且清潔維護(hù)、保養(yǎng)的工作量比較大。此外除感溫光纖外，大多數(shù)火災(zāi)探測器本身必須帶電工作，因此抗電磁干擾能力有缺陷，而且探測器本身以及電路因短路等原因也有可能會導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生，因此傳統(tǒng)的技術(shù)有很高的漏報、誤報率，使用戶易產(chǎn)生麻痹的心理，因而也容易干擾維護(hù)人員火災(zāi)防范意識。 geqx":gpx9
三．光纖光柵的特點(diǎn) @ <'a0)n>
光纖光柵溫度傳感技術(shù)和傳統(tǒng)的溫度報警技術(shù)不同的是，光纖光柵溫度傳感技術(shù)主要是一種精確的溫度實(shí)時在線測試技術(shù)，在消防領(lǐng)域，將溫度實(shí)時在線監(jiān)測用于消防感溫火災(zāi)探測可以克服傳統(tǒng)技術(shù)的很多缺陷，從而真正達(dá)到預(yù)防為主，防消結(jié)合的效果。 98{n6$\
光纖光柵具有不受任何電磁干擾的特點(diǎn)，高精度、高靈敏度，體積小，質(zhì)量輕，易于成網(wǎng)，易于維護(hù)，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在消防感溫火災(zāi)探測中，能迅速準(zhǔn)確反應(yīng)火災(zāi)初期環(huán)境溫度變化狀況，并進(jìn)行準(zhǔn)確定位，從而確定火災(zāi)事實(shí)，不誤報，不漏報。 Ut2x4$9
四．光纖光柵原理 ]@}@G[e#[
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光纖光柵技術(shù)于1978年問世，它本質(zhì)是一段纖芯折射率周期性變化的光纖，長度一般只有10mm左右。如圖1所示，當(dāng)一束寬光譜光λ（如圖中的入射光譜）經(jīng)過光纖Bragg光柵時，被光柵反射回一單色光λB（如圖中的反射光譜），相當(dāng)于一個窄帶的反射鏡。反射光的中心波長λB與光柵的折射率變化周期Λ和纖芯有效折射率neff有關(guān)。當(dāng)光纖光柵周圍的溫度發(fā)生變化時，將導(dǎo)致光柵周期Λ和有效纖芯折射率neff產(chǎn)生變化，從而產(chǎn)生光柵Bragg信號的波長漂移ΔλB，通過監(jiān)測Bragg波長λB的變化情況，即可獲得測點(diǎn)上光纖光柵周圍溫度的變化狀況。在不受應(yīng)變的情況下，光纖光柵波長漂移ΔλB與溫度的關(guān)系如下： &Fmen;(
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其中：α — 光纖的熱膨脹系數(shù)，一般為0.55×10-6/℃； }4Gn$'e
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ξ — 光纖光柵的熱光系數(shù)，常溫下約6.3×10-6/℃； q|
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所以，光纖光柵Bragg波長的變化與環(huán)境溫度的變化呈線性變化關(guān)系（如圖2），約10pm/℃，通過檢測光纖光柵Bragg波長，就可以測得環(huán)境溫度。 :3}K$
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