分區時分型光柵陣列光纖線型感溫火災探測系統及方法與流程

本發明涉及感溫火災探測領域，尤其涉及基于光柵陣列光纖的分區時分型線型感溫火災探測系統及方法。

背景技術：

線型感溫火災探測的應用場合很多，電纜的火災探測是其中重要的一個，它的火災特點對火災探測技術提出了新的要求。工業企業內涉及供配電、控制、信號、動力等方面的電纜遍布全廠，尤其在電纜隧(廊)道、電纜夾層、電氣地下室、電纜溝和車間內電纜橋架等建筑或區域內電纜密集程度很高，火災具有發展速度快、撲救困難等特點，另外這些電纜往往貫穿全廠，火災易于蔓延，危害性很大。總結電纜火災的發生原因，電纜短路、電纜過熱、切割火花和鋼渣引起的小規模火災占到電纜火災案例的90％。這些小規模火災的特點是熱源尺寸小、無明火輻射小、且沿電纜長距離分布，《鋼鐵冶金企業設計防火規范》GB50414對這種小規模火做出了相關的定義，即火源尺寸不超過10cm。這些特點對電纜火災探測技術提出，高空間分辨、長探測距離和快響應速度的要求。

現有線型感溫火災探測技術主要有：感溫電纜、光纖散射感溫技術和傳統光纖光柵感溫技術。(1)感溫電纜(Li G,Zhang W.Analog Line-Type Fixed Temperature Fire Detection Cable:US,US20080106365[P].2008.)利用材料電阻值對溫度敏感的特性測量溫度，測量精度不高，可用于火災探測，通常探測長度的極限在100-200米，難以大規模應用，且不能用于高壓電纜。(2)光纖散射感溫技術(Bowen J M,Sullivan P J,Blanche S M,et al.Optical-fiber raman spectroscopy used for remote in-situ environmental analysis:US,US4802761[P].1989.)利用光纖材料散射強度對溫度敏感的特性測量溫度，探測長度在公里級別，但是由于散射光強度為入射光強度的百萬-千萬分之一，要測量這種弱強度光的變化就更加困難，導致響應速度慢，空間分辨率低，難以滿足火災報警的應用需求。(3)光纖光柵感溫技術利用光柵布拉格反射波長隨溫度變化測溫，系統響應速度快，測溫精度高，已實現傳感距離20-30公里火災探測(丁宏軍,范典,姚浩偉,等.基于線型感溫火災探測器的電纜隧道火災實驗[J].光學精密工程,2013,21(9):2225-2230.)。但是傳感的光纖光柵傳感器需要單點制備，導致其空間分辨率受到限制，系統容量也有限。

技術實現要素：

本發明的目的在于實現空間分辨高、探測距離長和響應速度快的分區時分型光柵陣列光纖線型感溫火災探測系統。

為實現上述目的，本發明提供一種分區時分型光柵陣列光纖線型感溫火災探測系統。

該系統包括光柵陣列感溫光纖、波分時分解調模塊、火災報警模塊和溫度顯示模塊；

所述光柵陣列感溫光纖分布在不同的防火分區，所述光柵陣列感溫光纖上分布多個光柵溫度傳感器，同一個防火分區里的所有光柵溫度傳感器在同一溫度下反射光譜相同；

所述波分時分解調模塊發出的光脈沖進入光柵陣列感溫光纖，光柵陣列感溫光纖中的每個光柵溫度傳感器都有反射光譜返回波分時分解調模塊，不同防火分區的反射光譜返回所述波分時分解調模塊的時間不同，所述波分時分解調模塊根據反射光譜計算不同防火分區的溫度，并將溫度信號輸出給溫度顯示模塊，同時根據報警策略輸出火災報警信號給火災報警模塊。

接上述技術方案，所述光柵陣列感溫光纖長度至少為1公里，分布在至少200個不同的防火分區中，每個防火分區中都分布至少50個光柵溫度傳感器。

本發明還提供了一種基于上述系統的分區時分型光柵陣列光纖線型感溫火災探測方法，該方法包括以下步驟：

將每個防火分區作為一個整體進行測溫，同一個防火分區內溫度一致；

在沒有出現火災時，所有光柵溫度傳感器的反射譜一致，同一個防火分區內所有光柵反射的光譜圖如圖2中光柵光譜圖1所示，波分時分解調模塊不啟動火災報警模塊，只輸出各防火分區的溫度信號到溫度顯示模塊；

當出現火災時，防火分區內出現熱點，熱點所在防火分區的光柵溫度傳感器反射譜變化，將該熱點的光譜移出原有反射譜區域，此時該防火分區內所有光柵反射光譜圖如圖2中光柵光譜圖2所示，當熱點范圍進一步擴大，使得多個光柵受熱時，移出的光譜強度進一步增加，此時該防火分區內所有光柵反射光譜圖如圖2中光柵光譜圖3所示，當熱點范圍覆蓋整個防火分區的時候，該分區內所有光柵光譜移出原有反射譜區，此時該防火分區內所有光柵反射光譜圖如圖2總光柵光譜圖4所示；

波分時分解調模塊根據報警策略啟動火災報警模塊，并輸出各防火分區的熱點溫度到溫度顯示模塊。

本發明產生的有益效果是：本發明將光柵陣列感溫光纖分布在不同的防火分區，每個光柵陣列感溫光纖上分布多個光柵溫度傳感器，將每個分區作為一個整體進行測溫，降低解調難度，達到快速響應的目的。當發生火災時，防火分區內的任何光柵受熱后光譜移出疊加光譜，避免出現成千上萬只光柵旁瓣累加淹沒受熱移出光譜的問題。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明實施例分區時分型光柵陣列光纖線型感溫火災探測系統的結構示意圖。

圖2為本發明實施例的單分區光譜信號圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，本發明實施例分區時分型光柵陣列光纖線型感溫火災探測系統包括光柵陣列感溫光纖、波分時分解調模塊4、火災報警模塊5和溫度顯示模塊6。

光柵陣列感溫光纖分布在不同的防火分區，所述光柵陣列感溫光纖上分布多個光柵溫度傳感器，同一個防火分區里的所有光柵溫度傳感器在同一溫度下反射光譜相同。

如圖1所示，具體包括防火分區1、防火分區2、防火分區3……防火分區m，m的大小根據監測環境來確定。

防火分區1中包括1.1-防火分區1光柵溫度傳感器1號、1.2-防火分區1光柵溫度傳感器2號、1.3-防火分區1光柵溫度傳感器3號……1.n-防火分區1光柵溫度傳感器n號；

防火分區2中包括2.1-防火分區2光柵溫度傳感器1號、2.2-防火分區2光柵溫度傳感器2號、2.3-防火分區2光柵溫度傳感器3號……2.n-防火分區2光柵溫度傳感器n號；

防火分區3中包括3.1-防火分區3光柵溫度傳感器1號、3.2-防火分區3光柵溫度傳感器2號、3.3-防火分區3光柵溫度傳感器3號……3.n-防火分區3光柵溫度傳感器n號；

防火分區m中m.1-防火分區m光柵溫度傳感器1號、m.2-防火分區m光柵溫度傳感器2號、m.3-防火分區m光柵溫度傳感器3號……m.n-防火分區m光柵溫度傳感器n號。

波分時分解調模塊4與光柵陣列感溫光纖的一端連接，波分時分解調模塊4發出的光脈沖進入光柵陣列感溫光纖，光柵陣列感溫光纖中的每個光柵溫度傳感器都有反射光譜返回波分時分解調模塊4，不同防火分區的反射光譜返回所述波分時分解調模塊4的時間不同，波分時分解調模塊4根據反射光譜計算不同防火分區的溫度，并將溫度信號輸出給溫度顯示模塊6，同時根據報警策略輸出火災報警信號給火災報警模塊5，報警策略主要根據具體的溫差、定溫或者兩者結合來指定，當達到一定的閾值就輸出火災報警信號。

本發明的一個實施例中，密集光柵陣列感溫光纖長度為1公里，分布在200個不同的防火分區中，所述防火分區為5米，每個防火分區中都分布50個光柵溫度傳感器，所述光柵溫度傳感器間距為10cm。

采用光柵陣列在線制備技術，制備光柵陣列感溫光纖，針對電纜火災小尺寸火源的需求，實現高空間分辨率溫度的測量。光柵陣列在線制備技術具有以下特點：采用工業拉絲塔制備技術，可快速大量制備光柵；連續多點寫入傳感光柵，光柵間無需焊接，無接點損耗，機械強度高；傳感光柵之間的制作間距可以從厘米級到米級任意設置；響應速度快，探測距離遠。

但是這種密集光柵陣列用于電纜火災探測還存在以下問題：1、隨著傳感光柵的空間密集度增加，光柵數量增大，需求解調的信息量增大，系統響應速度下降；2、大量同波長光柵的旁瓣累加嚴重，淹沒有效信號。

分區時分型光柵陣列光纖線型感溫火災探測方法，同一個防火分區內溫度一致，沒有出現火災時，所有光柵溫度傳感器的反射譜一致。

圖2為本發明實施例的單分區光譜信號圖，該圖為幾種情況下一個防火分區內所有光柵的反射光譜圖形，其中光柵光譜1為該防火分區內沒有熱點作用時的所有光柵反射光譜，光柵光譜2為該防火分區內有熱點作用于光纖光柵時所有光柵反射光譜，光柵光譜3為該防火分區內熱點范圍進一步擴大時，所有光柵的反射光譜，光柵光譜4為該防火分區全部被熱點覆蓋時所有光柵的反射光譜。

同一個防火分區內所有光柵反射的光譜圖如圖2中光柵光譜圖1的星號標注曲線所示，波分時分解調模塊4不啟動火災報警模塊，只輸出各防火分區的溫度信號到溫度顯示模塊，當出現火災時，防火分區內出現熱點，熱點所在區域的光柵溫度傳感器反射譜變化，移出原有反射譜區域，此時該防火分區內所有光柵反射光譜圖如圖2中光柵光譜圖2圓圈標注曲線所示，當熱點范圍進一步擴大，使得多個光柵受熱時，移出的光譜強度進一步增加，此時該防火分區內所有光柵反射光譜圖如圖2中光柵光譜圖3圓點標注曲線所示，當熱點范圍覆蓋整個防火分區的時候，該分區內所有光柵光譜移出原有反射譜區，此時該防火分區內所有光柵反射光譜圖如圖2總光柵光譜圖4叉號標注曲線所示。即熱點區域影響一個光柵溫度傳感器時，光譜如圖2圓圈標注曲線所示，熱點區域影響兩個光柵溫度傳感器時，光譜如圖2圓點標注曲線所示，熱點區域影響整個分區的光柵溫度傳感器時，光譜如圖2叉號標注曲線所示，上述情況波分時分解調模塊4根據報警策略啟動火災報警模塊5，并輸出各防火分區的熱點溫度到溫度顯示模塊6。每個分區作為一個整體進行測溫，一個分區提取一個光譜，不同分區反射光譜返回的時間不同，該方案降低解調難度，達到快速響應的目的，同時能達到10cm小尺寸火災探測。防火分區內的50只光柵反射光譜累加，任何光柵受熱后光譜移出疊加光譜，避免出現成千上萬只光柵旁瓣累加淹沒受熱移出光譜的問題。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。