线性感温类探测器与感光类双波长探测器火灾报警设备应用方案对比研究

【摘 要】高速公路隧道火灾检测及报警技术正日益成为支撑、决定高速公路隧道日常运营管理网络好坏的一个重要指标，对其发挥着重要的作用和影响。高速公路隧道火灾检测及报警主要是通过特定的技术对火灾源进行检测并且准确上报火灾发生位置，以实现高速公路隧道安全运营，保证高速公路内车辆的正常、安全通行。本文主要在通过分析、对比隧道火灾报警设备应用对比的基础上，重点阐述感光类双波长探测器对于线性感温类探测器在隧道火灾检测及报警中的应用优势。

【关键词】高速公路隧道 火灾检测及报警 感光类双波长探测器 线性感温类探测器

Abstract： The fire detection and alarm technology in highway tunnel is increasingly becoming the support and decision of the daily operation and management of the highway tunnel management network is an important indicator， which plays an important role and influence. The fire detection and alarm of the highway tunnel is mainly through the specific technology to detect and accurately report the location of the fire， in order to achieve the safe operation of the highway tunnel， ensure the normal and safe passage of the vehicle. In this paper， based on the comparison of the application of the tunnel fire alarm equipment， the paper focuses on the application of the sensitive type of dual wavelength detector for the detection of tunnel fire detection and alarm.

Keywords： highway tunnel The fire detection and alarm Photosensitive type dual wavelength detector Linear temperature sensitive detector

随着我国经济、交通事业的飞速发展，高速公路在全国路网中的作用变得举足轻重。我国是多山国家，隧道在高速公路建设及运营中占有较大的比重，因此对高速公路隧道的服务和监管水平的要求也日益提高。火灾检测及报警系统在高速公路隧道运营中所起的作用也是越来越明显、越来越重要，尤其是在长大隧道的安全、保畅通行上扮演者最重要的角色，需要用以实现隧道内运营环境的实时掌控，以便高速公路管理人员实时、准确的掌握隧道内的安全运营情况，方便广大司乘人员在隧道发生事故或紧急情况时提前采取应急措施，以提高高速公路的运营水平。

现阶段高速公路隧道内都需要配置火灾检测及报警系统。目前，我国已经建成正在运营及在建高速公路火灾检测及报警系统主要分为两种，一种为线性感温类探测器，目前国内隧道应用较为广泛；一种为感光类双波长探测器。在这里，我们主要通过在应用中的对比来介绍一下感光类双波长探测器在隧道火灾检测及报警应用中相对于线性感温类探测器所具有的优点。

一、火灾检测及报警系统的分类和工作原理

隧道火灾检测及报警的方式很多，常用的有线性感温类探测器，也有感光类双波长探测器，但总体而言都是通过特定的技术（通过感温/感光传感器将温度/光信号转换为光信号/电信号）采集到火灾信息并将信息传输至火灾报警控制主机。两者的区别就是采集的信号源和报警信号传输的方式不同。

1、线性感温类探测器

线性感温类探测器主要有：分布式光纤感温探测器和光纤光栅火灾探测器。

分布式光纤感温探测器的工作原理：探测光缆采用通讯光纤，温度传感和信号传输一体化，随着温度的变化，显示检测光缆上的实时温度（目前已基本被光纤光栅火灾探测器取代）。

光纤光栅火灾探测器的工作原理：利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成相位光栅，通过测量光栅栅距的变化得出环境温度的变化（光栅栅距变化与温度变化成线形关系）。

2、感光类双波长探测器

通过感光窗感知火焰，并由光学过滤器检测出火灾中辐射光闪变的两种波长（长波和短波），然后进行处理比较，从而判断是否有火灾发生。

二、隧道火灾检测及报警系统应用特性对比

2.1公路隧道火灾特性

隧道作为一种特殊的建筑结构，地形复杂，结构封闭，交通量大，一旦发生火灾产生极大的危害性且逃生困难。

公路隧道中最常见的火灾是汽车燃烧，其主要特征是耀眼的明火及强的辐射热（危险性在于汽车的动力燃料）且发展速度极快。

公路隧道这种特殊的建筑物，终年阴冷且保持一定的风速，常年保持风速为（2―10米/秒），并且一年四季的季节变换，环境温度变化较大，给测温方式检测火灾带来不稳定性及滞后性。

公路隧道一旦着火，会造成巨大损失。所以其火灾自动报警探测器选用必须做到可靠、先进并具有高灵敏度和极低的误报率的特点，这样才能立足于防患未然及早期自救。

迫于隧道消防的重要性，国家消防局明确规定800米以上的隧道就必须要有消防系统。

2.2现阶段隧道消防解决方案技术比较说明

2.2.1.线性感温类（光纤/光栅）解决方案

优点

线性感温类光纤光栅探测器是一种先进的光纤技术，可精确测定温度值，且本质防爆。

可适用于封闭的动力电缆隧道的温度监测、化工厂的输油管线，以及油罐的温度监测，及其他环境温度对其影响较小的场所进行温度监测。

缺点

（1）线性感温类光纤光栅探测器置于隧道顶部，感温线型探测器达到报警温度时则火灾已发展到相当规模，不利于早期消防灭火。交通部重庆公路科学研究所曾在该所的200米实验隧道中作火灾试验，当时环境温度为3℃，作点火试验用的汽油完全燃烧，隧道顶部的温度最高只能上升到9℃。

（2）隧道里通常风很大，监测到的火灾的地方和实际发生火灾的地方相差很远。风会使火产生移位，发生飘移，使得火灾报警定位发生严重飘移和偏差.而且报警相应时间很长.

（3）工程应用中必须紧靠需检测的过热源，且随着一年四季的气温变化须做灵敏度和报警值的调整。线性感温光纤光栅探测器敷设于公路隧道顶部，那么它仍然保持感温电缆的缺点，由于隧道内风速大，离检测源远，所以温反应时间长且不稳定，系统的灵敏和报警阙值调试调整困难，灵敏度调整过高则易误报，灵敏度调整过低则易漏报，报警点和实际着火点位置有较大误差。

（4）.常规检测和调试困难.

作为危险大的重点工程，消防设施应定期检测设备功能的完好情况，以期真正发生火灾时发挥应有作用，最大限度地减少损失。从设备日常维护来看，由于线性感温类光纤光栅探测器安装于隧道顶部，给检修调试带来困难（需要登高设备且影响交通），成本高且不便。

（5）维护困难：公路隧道环境很脏，隧道营运一段时间后，光纤探测器表面会粘附汽车尾气的油污及灰尘，使感温效果更差，需封道维护，影响正常通车，不便清洁，维护费用高。

2.2.2.感光类双波长火焰探测器解决方案

1.感光型火焰探测器对火焰发展速度快的汽车燃烧较为合适，它有较高的灵敏度和较短的响应时间，并且对隧道内风速的影响很小

2.双波长火焰探测器安装在隧道侧壁，且有专用便携式试验器，能低成本地随时维护和试验探测器功能的情况。

3.双波长火焰探测器是专为公路隧道开发设计的专用火灾报警探测器。该探测器利用火的特定波长，及火焰闪烁频率判定火灾，不受隧道内风速影响，响应速度快，它安装在隧道侧壁易维护，并且是一种抗高污损的火焰探测器，在实际应用中取得良好的效果。

三、隧道火灾检测及报警系统应用趋势

1.从国外的应用经验来看， 线性感温类光纤/光栅探测器没有在公路隧道里面的实际推广应用业绩。国内外常用在封闭的动力电缆隧道的温度监测、化工厂的输油管线，以及油罐的温度监测。其产品特性要求须紧密接触探测物。

2.由于响应时间长及不稳定，在一些交通量大、危险等级高的大空间场所以及须和固定灭火系统联动的场所要谨慎选用感温类的探测系统。

3.国内交通公路隧道行业在2001年开始陆续尝试使用分布式光纤感温探测系统，在06，07，08年开始陆续尝试使用线性感温类光纤光栅探测器，从使用的应用情况来看，感温类的探测系统，探测效果并不理想。通过陕西省交通厅质监部门长时间多路段跟踪监测及现场点火测试，针对三种探测器实际应用比较，尤其是长隧道（2公里以上），风速及环境对其测温监控的效果影响很大。因此，从2009年开始，近三年国内长隧道的火灾监测根据实际应用的效果，在技术层面上基本上排出了使用线性感温类产品，比较认可应用反应迅速，不受环境和风速影响的双波长火焰探测器技术。

4.双波长火焰探测器技术已经在国内有近十多年的应用历史，从使用的情况来看，由于反应速度快，火灾定位准确，维护方便等特点，普遍受到技术及使用业主方面的肯定。

四、隧道火灾检测及报警系统检测特性对比

双波长探测系统探测器与线性感温探测系统探测器的技术特性、工程应用中的技术特性比较。本次研究主要针对渝东南地区隧道进行分析：

一、探测器技术特点：

1.探测器安装特性

线性感温探测系统探测器由安装于光缆内的探测器组成，探测器通常为10米一套；双波长探测系统探测器由安装于隧道侧壁的感光双波长探头组成，探头通常为50米一套。

2. 技术原理：

a.线性感温探测系统探测器：以经紫外光照射特殊处理的感温原件为敏感单元，通过布设于隧道中的感温光缆传感器中心波长和温度阈值、位置经过初始标定后，当传感器周围温度发生变化时，传感器中的敏感单元中心波长将非常灵敏的随之发生线性变化，通过将该传感器反射回信号处理器的窄带光的中心波长变化解析出来，可以探测出该传感器周围温度、温度变化值及报警位置，判断发生火灾；

b.双波长探测系统探测器：利用火灾中辐射的特定波长和火焰闪烁频率判定火灾，精选两个不同波段的传感器，使得传感器能够最大限度地接受火焰发出的辐射能，最低限度地接受非火灾干扰源。可以精确的探测火灾发生的位置。

3. 对环境温度、湿度的要求：

a.线性感温探测系统探测器：因探测器的温度必须达到设定的阈值才会报警，而渝东南地区常年多雨，隧道内潮湿且温度较低，当探测器达到报警温度时火灾已发展到相当规模，不利于早期火灾报警及消防灭火；

b.双波长探测系统探测器：探测器仅需探测光源，根据探测到的光源的波长和光谱特性分析是否发生火灾，对于隧道内温度及湿度的影响不大，对火灾发生的判断具有较高的灵敏度和较短的相应时间。

4. 对风速的要求：

a.线性感温探测系统探测器：隧道内通常风很大，监测到的火灾的位置和实际发生火灾的位置相差很远。风会使火灾产生移位，发生漂移，使得探测器定位发生严重偏差，且因光源的漂移不定使探测器温度不易达到设定阈值，而导致报警响应时间过长；

b.双波长探测系统探测器：探测器是感受外界光源，根据光源的波长和光谱特性分析是否发生火灾，隧道内的风对探测器定位影响不大，对火灾发生判断具有较高的灵敏度和较短的响应时间。

五、探测器在工程应用的技术特点：

1.工程应用中的技术特性

a.线性感温探测系统探测器必须紧靠需检测的过热源，且随着一年四季的气温变化须做灵敏度和报警值的调整。线性感温光纤光栅探测器敷设于公路隧道顶部，那么它仍然保持感温电缆的缺点，由于隧道内风速大，离检测源远，所以温反应时间长且不稳定，系统的灵敏和报警阙值调试调整困难，灵敏度调整过高则易误报，灵敏度调整过低则易漏报，报警点和实际着火点位置有较大误差；

b. 双波长探测系统探测器经安装调试完成后便不需再做调整。

2. 常规检测和调试的技术特点

作为危险大的重点工程，消防设施应定期检测设备功能的完好情况，以期真正发生火灾时发挥应有作用，最大限度地减少损失。

a. 由于线性感温类光纤光栅探测器安装于隧道顶部，给检修调试带来困难（需要登高设备且影响交通），成本高且不便；

b. 双波长火焰探测器安装在隧道侧壁，且有专用便携式试验器，能低成本地随时维护和试验探测器功能的情况。

六、感光类双波长探测器在实际应用环境下的介绍

本文以陕西省西汉高速火灾检测及报警系统的检测结果（陕交质监字z2008{104号文 关于上报《隧道火灾自动报警系统的调研报告》的报告）对感光类双波长探测器作以简单的介绍。

西汉高速秦岭1#、2#隧道安装感光类双波长火灾报警系统、秦岭3#隧道、郭家山隧道安装线性感温类火灾报警系统，通过对不同的火灾检测及报警系统进行点火实验，得到两种火灾报警系统在实际运行中的使用效果（具体实验数据见附件）。

七、结语

鉴于火灾报警系统在公路隧道安全运营中所起的重要作用，需要认真考虑、对比使用哪种火灾报警系统方案能够更好的满足公路隧道火灾检测及报警的要求，以使火灾报警系统在公路隧道系统中将其功能发挥到最佳。