光纤传感技术在城市地下综合管廊中的应用及选择

 1、光纤光栅线型火灾探测系统

  光纤光栅线型感温火灾探测系统主要由光纤光栅感温传感器、光纤光栅感温火灾探测信号分析仪以及连接光缆等组成。

  其原理是：通过准确监测光纤光栅的周期和有效折射率由于温度变化而产生的漂移，达到对光纤光栅感温传感器所处环境温度的精确测量。完整安全地把数据传送至监视终端。

  该系统是一种高可靠性的分布式在线监测系统，其子系统包括传感器与传感系统、数据采集系统、监控管理系统。

  光纤光栅线型感温火灾探测系统由于该系统的高可靠性特别适用于城市综合管廊、隧道等环境温度的监测，最新发布的GB50116–2013《火灾自动报警系统设计规范》中说明了“根据实体试验结果和对隧道火灾成功探测的统计结果，线型光栅光纤感温火灾探测器在隧道中虽然报警时间不是最早，但不会漏报

  该系统在城市综合管廊内的主要功能是：

  （1）系统可根据用户需要对光纤光栅感温传感器所在区域进行温度巡检，实时监测管廊内部环境温度，实时传递火灾报警信息。

  （2）系统出现故障点时，可手动屏蔽该故障点报警，纪录历史数据并可纪录当时操作人员信息。

  （3）系统会跟据温度上升的快慢程度，给出不同的报警信号，根据报警温度不同，采用不同颜色显示（绿、黄、红）。

  与其他监测方式相比，光纤光栅线型感温火灾探测系统的突出优势在于：

  （1）早期预警、报警及时、准确定位：采用先进光纤光栅传感技术，实现早期探测预警、发生火灾时及时报警、精准定位控制在距离监测点±1.5米范围内、报警准确率高。

  （2）实时在线监测：每只传感器具有独立的地址编码，可显示、查找、纪录每支传感器的实时温度，从根本上杜绝人员疏忽导致的事故。

  （3）本质安全防爆、抗电磁干扰：传感探测头无源，监测现场及施工现场均无需供电，防爆防静电，本质安全。

  （4）耐腐蚀：光纤光栅抗强电磁干扰、耐腐蚀性好、环境适应性强；

  （5）精度高：测温精度小于±0.5℃，探测器仅对温度敏感，系统稳定可靠。

  （6）便于组网和长距离传输：采用光纤光栅为测量单元，多个感温探测器之间相互串接，形成检测系统，布置灵活方便。

  （7）监测探头可重复使用：光纤光栅检测探头报警后，可恢复重复使用

  2、分布式光纤感温系统

  分布式光纤感温系统是一种新型的温度探测报警系统，对管廊内层叠集中布置的电缆进行温度监控，本质安全。系统采用最新生产工艺，长期稳定性好，使用寿命长；分布式光纤感温探测信号处理器采用数字化解调技术，具有大容量实时在线信号采集处理和自检功能；系统可以综合各种安全监控参数，进行分析，有利于及时发现事故苗头，及时安全控制。

  分布式光纤感温系统由光纤感温传感系统、网络系统、通讯传输网络、信息处理及分析系统四个子系统组成。

  该系统在城市综合管廊内的主要功能是：

  分布式光纤线型感温探测光缆应采用“S”型布置在每层电缆的上表面，实时监测温度状态，传递火灾报警信息。

  3、光纤气体传感监测系统

  城市综合管廊在地下环境中，因燃气管道泄漏、瓦斯积聚等汇集地下空间中，积聚到一定程度，遇到明火即可产生爆炸造成极大的危害。

  基于光谱吸收原理的光纤气体传感检测系统，采用光纤作为信号传输介质，根据特定波段光谱吸收衰减情况，可实现待测气体浓度的检测，系统结构简单，借助谐波检测原理，可以避免各种因素引起的检测信号能量波动对检测结果的影响。基于该技术的检测系统具有本质安全、灵敏度高、不受电磁干扰、检测距离长范围广、维护成本低等突出优点，极易构成高性能的准分布式检测网络。

  该技术具有灵敏度高、精度高、抗干扰性好，不易受有害气体的影响而中毒、老化等特点，在国外得到了广泛的应用。特别适合地下综合管廊距离长、潮湿、腐蚀环境中的甲烷（天然气、沼气）监测。

  光纤气体传感监测系统主要由气体传感器、连接传输光缆、光分路器及接头盒、信号中央处理单元、计算机系统及外围报警联动设备构成，系统示意图如图所示：

  与传统电化学监测方式相比，光纤气体传感系统具有不可比拟的优势：

  （1）实时浓度监测。可进行综合管廊内可燃气体浓度参数的实时监测、报警；

  （2）本质安全。光纤气体传感在仓内为不带电设备，无需做任何防爆处理，且不受电磁干扰

  （3）超长监测距离。光纤敷设不需要布置任何的电源线及信号线，有利于长距离监测

  （4）监测灵敏度高。光纤气体传感系统是传统电系统的20倍以上

  （5）零成本维护。无需进行任何的校准，更不需要像传统电化学设备一年后即需校准或失效。

  4、三种线型感温探测器在城市管廊监测中的对比

  三种技术在城市综合管廊监测及报警中有着各自的优势及劣势，分别适用于不同的客户和应用需求。

  5、应用选择

  （1）管廊环境环境监测，主要考虑环境温度报警的及时性及规范支持，推荐使用光纤光栅测温系统。

  （2）电缆温度监测，如客户更多考虑报警的准确性、可靠性及后期维护费用，推荐使用分布式光纤系统，如客户更多考虑初始建设造价，则推荐使用感温电缆。若两种平衡，亦可考虑在110KV以上火灾风险等级高的部位使用分布式光纤测温系统，低压部分使用感温电缆。

  6、基于光纤传感技术的城市地下管廊综合监控技术发展前景

  利用先进的光纤传感技术，集成综合管廊内各种物联网传感技术，结合智能视频监测技术，实现地下综合管廊运行的全方位智能感知、实时监测、异常报警、自动控制。通过该术的应用及建设，能够形成地下管网“监控、运行、指挥”一体化运行的管理新模式，能够全面提升城市地下管网安全防护能力，光纤传感技术在城市综合管廊具有极其广阔的发展前景。