隧道用火灾报警系统技术介绍与比较

一、 隧道特点及对火灾报警系统的特殊要求

隧道作为公路交通的重要组成部分，其安全运行越来越受到各级领导及相关技术人员的重视，而影响隧道安全运行的主要因素之一就是火灾，由于隧道不同于一般构筑物，具有独特的特点，因此对用于隧道的火灾报警设备提出了特殊要求。 1、 隧道内烟雾大

隧道内在车辆通过时（特别是柴油重型车），会排出大量烟雾，这就使得在建筑物普遍采用的感烟型火灾报警设备无法使用。 2、 隧道内污染大

由于隧道是敞开式构筑物，特别是车辆通过时会带入各类污染物，因此会影响感光型火灾报警设备的正常运转。 3、 隧道内车辆连续运行不便于设备维修

为保证高速公路运行畅通，不宜过频地对隧道进行封路维修，因此，就要求隧道内设备一方面是尽可能少；二是可靠性和稳定性要高；三是尽量选用免维护的产品。

4、 隧道内温度变化大

由于受四季气候和昼夜温差影响，隧道内一年之中的最大温差可达40--50℃，因此对隧道用火灾报警设备应具备报警温度能人工设定（调节）的功能以及具备定温和差温复合报警功能。

二、常用火灾报警技术介绍

火灾报警技术主要分下列三类： 感烟型火灾报警技术

感光型火灾报警技术——辐射式双波长火焰探测法 感温型火灾报警技术——感温电缆测温法 ——拉曼光纤测温法 ——光纤光栅感温探测法 （一） 感烟型火灾报警技术

感烟型火灾报警技术主要用于建筑物（如宾馆、商场、办公楼等）场所

的火灾报警，由于隧道在正常运行中具有烟雾大的特点，该技术无法正常使用，在此不作祥细介绍。

（二） 感光型火灾报警技术（辐射式双波长火焰探测法）

原理：

辐射式双波长火焰探测法的基本原理类似于光谱分析仪，由设置于隧道内感光探测器和控制室的处理器构成测量单元。当隧道内发生火灾时，探测器通过传输到感光口的光线，捕捉火焰特有的燃烧变化频率（1-15HZ）和特有的光谱分布特性，并通过对不同波长各具灵敏度的二个检测元件进行火灾判断。技术原理较复杂，造价较高。

主要技术指标：

① 灵敏度：0.5m2火焰在30s内可以测出；

② 不动作条件：白炽灯、水银灯、荧光灯、钠灯等人工照明灯都不会使探测器产品误动作；

③ 探测范围：探测器受光窗污损率（光学减光率）为0时，探测半径40m；探测器受光窗污损率（光学减光率）50%时，探测半径30m； ④ 工作环境温度：－20℃～＋50℃； ⑤ 单洞每米造价：约400-500元； 主要优缺点：

① 对火灾的反应速度较快；

② 探测器安装在隧道侧壁，需要经常清洁，通车后维护工作量太大； ③ 雷电天气会引起误报； ④ 对暗火无法探测

⑤ 无法实时显示隧道温度，不符合交通部标准《公路隧道火灾报警系统技术条件》（JT/T610-4004）第4.4.1条要求。 ⑥ 造价高

（三） 感温电缆测温法

原理：

感温电缆测温法采用的是电感应原理，即在两根平行的金属导线之间用温致可变电阻的半绝缘材料进行绝缘，当环境温度发生变化或达到某一峰值

时，电阻发生变化或发生短路，从而发出报警信号。

主要特点：

① 系统简单、价格相对低廉；

② 信号为微弱电信号，不宜远传，因此需设置大量下位机，大增加隧道内设备数量；

③ 抗电磁干扰能力较差、误报率高； ④ 系统维护量较大。

该方法因技术落后，缺陷过多，目前已很少采用。

（四） 拉曼光纤测温法

原理：

拉曼光纤测温法是20世纪80年初发展起来的一种光纤测温方法。其主要原理是，当环境温度发生变化时，会导致光纤中传输的光散射（拉曼散射）强度发生变化，通过光时域计及光频域反射测量法（OTDR、OFDR）及连带快速傅立叶变换（FFT）对反射回来的光强及时间信息进行处理，将微小的时空差别以频率方式体现出来，实现定位，从而构成一条光纤感温探测系统。

主要特点及技术指标：

① 灵敏度：温差5℃探测时间4min～8min；温差10℃探测时间

1min～4min；温差20℃探测时间0.5min～2min； ② 工作环境温度：－30℃～＋90℃。 ③ 单洞每米造价：约300-400元/米； 主要优缺点： ① 不受电磁干扰，不受空气质量和腐蚀性物质影响；

② 反应速度慢；报警反应速度与探测距离有关，当隧道距离较长时，无法满足交通部标准《公路隧道火灾报警系统技术条件》（JT/T610-4004）第4.7.1.2条“火灾自动报警响应时间不超过60S”的要求;

③ 设备主要原器件寿命短。

（五） 光纤光栅感温探测法

原理：

光纤光栅感温探测法是二十世纪九十年代国际上发展起来的一种先进

光纤传感技术，其主要原理是：通过对普通光纤进行高精度光学显微加工，制作成光纤光栅感温探头，当被测环境温度发生变化时，光纤内反射回来的光的波长会发生变化，通过检测反射回来的光的波长从而实现测温的目的。

主要特点及技术指标： ① 环境温度：-40℃--120℃； ② 报警温度误差：±2.5℃； ③ 信号传输距离: ≤20KM；

④ 报警温度设定范围：65℃-95℃（可调）并可实现差温报警； ⑤ 火灾响应时间：≤60S；

⑥ 具有开关信号输出端口及RS232/RS485输出端口； ⑦ 单洞每米造价：约250-350元/米； 主要优缺点：

① 检测的是波长信号，精度和灵敏度高，长期稳定性好； ② 使用光纤进行信号传输，抗电磁干扰、对环境适应性好；

③ 传感信号可远距离传输，数据采集的信噪比高，便于实现实时、在线检测。

④ 隧道内无电器设备，免维护。

隧道用火灾探测技术主要技术经济指标分析比较表 测量精度 测温范围 响应时间 检测量类型 系统价格 空间分辨率 系统稳定性 光纤光栅 高 -30℃～150℃ 任意设定 短 数字量 适中 较高 稳定 抗干扰能力强，分辨率高，精度高，长期稳定性好。 感温电缆 低 固定 较短 开关量 较低 较低 超温即被破坏 易受电磁干扰，长期稳定性差，只能一次性使用。 拉曼光纤 中 -30℃～150℃ 可任意设定 长 模拟量 较高 较高 双波长火焰探测 中 不能 短 开关量 较高 较高 总体性能 经常要维护 经常要维护 抗干扰能力强，抗干扰能力较分辨率低，价格强，价格昂贵，昂贵，器件寿命维护量大。 短。

综合上述各类火灾报警技术的原理、技术性能和优缺的分析，不难看出，光纤光栅感温探测法是一种较理想的隧道用火灾报警技术，且光纤光栅感温探测法造价适中，因此，建议采用光纤光栅火灾报警系统作为隧道的火灾报警设备。