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摘要：本文以国内公路隧道选用的火灾自动报警系统为背景,主要针对三种隧道火灾自动报警技术原理进行了分析和对比,从实用的角度对其在运用过程中表现出的优点以及不足进行了探讨，为隧道火灾自动报警技术的选用提供参考。
关键字： 隧道；火灾自动报警；双波长；分布光纤；光纤光栅
Abstract: this article with the domestic highway tunnel of choose automatic fire alarm system for background, mainly in three tunnel fire auto alarm technical analysis and contrast, from the point of view of practical in the application process performance the advantages and limitations, the paper discusses the tunnel for automatic fire alarm the selection of technology to provide the reference.
Key word: tunnel; Automatic fire alarm; Double wavelengths; Distributed optical fiber; Fiber grating
中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：
1.引言
在隧道的运营过程中，火灾的早期预警对于消防和救援工作的开展，避免或减轻相关的生命财产损失具有重要的意义。经过多年发展，隧道内火灾自动报警技术形成了几种火灾自动报警技术。
目前在隧道内常用的主要是感温型和感光型两种自动报警技术。感温型有感温电缆、热敏合金线、紫铜管、分布式光纤感温、光纤布拉格光栅等，基本原理均是火灾发生后热气流上升至隧道顶部后引起温度的变化，感温探测器通过温度的变化进行火灾探测和报警；感光型有双波长火焰探测技术，基本原理是比较火灾中辐射光闪变的两种波长的变化进行探测和报警。
感温电缆、热敏合金线、紫铜管等技术由于报警时间、报警精度、误报率等指标偏低以及使用效果不好，已经逐渐被淘汰。现在主要应用的是分布式感温光纤、光纤布拉格光栅和双波长火焰探测技术。
2.隧道内常用的火灾自动报警技术原理及对比
双波长火焰探测技术：通过对火灾中辐射光闪变的长波和短波的波长进行比较，判断是否有火灾发生，并将报警信号传送给火灾报警控制器。由于火灾火焰所发射出的光的光谱分布情况与自然光或者人工光源的光谱分布情况不同，探测器通过对环境光的相对光谱和车辆火灾时检测器检测的相对光谱进行比较，判断是否发生火灾。
双波长火焰探测技术在探测时间及反应速度上有着较大优势。由于其是捕捉辐射光，不易受到环境温度和隧道内风速的影响，能报知准确的火灾位置，同时它具有极高的灵敏度，并且易于在隧道侧壁安装，后期维护相对容易。但该技术也存在仅对汽油明火敏感，对其它介质燃烧引发的火灾不易报警。其光学镜头易受污染或表层结冰，影响探测灵敏度和探测范围。
光纤布拉格光栅探测技术：利用光纤芯层材料的光敏特性，通过紫外准分子激光器采用掩模曝光的方法使一段长约8mm~10mm的光纤纤芯的折射率发生永久性改变，从而形成布拉格光栅结构。光纤光栅布拉格波长的变化与环境温度的变化呈线性关系，通过检测光纤光栅布拉格波长，就可以测得环境温度。
光纤光栅传感技术具有波长编码的数字式传感，使用可靠性高，寿命长；光纤信号适合远距离在线监测和传输，易于组网，响应时间快、灵敏度高和测量精度高。但光纤光栅也存在其局限性，通过对多个光栅进行一定间隔的串联达到火灾检测的目的，串联的间隔越小，检测精度越高，但造价越高。同时光栅在安装过程中容易损坏，在高温（>150℃）或使用时间较长时也易退化失效。
分布式光纤感温探测技术：主要依据光纤的光时域反射（OTDR）原理以及光纤的背向拉曼散射温度效应。光脉冲沿光纤传播时产生后向反射光，反射光的强度与反射点的温度呈线性变化关系，可以通过测量后向反射光的强度，计算出反射点的温度。同时，测量从光脉冲发出到接收后向反射光的时间差，可以对温度变化点进行定位。
分布式光纤感温探测技术有诸多优点，如耐高电压和强电磁场、耐高温、耐辐射、抗射频和电磁干扰，防燃、防爆、抗腐蚀能力强；检测点连续，检测范围大；探测光缆采用标准光纤，具有很强的通用性，可对温度实时监测。该技术也存在局限性，由于感温光纤安装在隧道顶部，只有在火灾对顶部温度造成影响后才能报警，也容易受到环境温度和隧道风速的影响产生漏报误报现象。
3.工程实际应用
双波长火焰探测技术应用：双波长火焰探测技术的报警设备在国内的典型工程有上海外环隧道、京珠高速公路粤北段隧道群、南京玄武湖隧道、雪峰山隧道、西汉高速公路的秦岭1号隧道、2号隧道、景德镇至鹰潭高速公路隧道群等。
根据隧道运营及火灾数据统计，98％以上的火灾有明火产生，采用双波长火灾报警系统可有效检测出早期火灾。由于风速、温度对其灵敏度基本没有影响，该技术在公路隧道中得到了广泛应用。不过，由于感光窗容易受到汽车尾气及灰尘的污染而导致灵敏度降低，当火灾烟雾较大，或出现化学物质（如磷、钠、镁、硫、氢等）燃烧时，也可能出現漏报现象。为保证系统有效运行，需定期对感光窗进行清洗。
光纤布拉格光栅探测技术应用：近年来光纤布拉格光栅探测技术的火灾报警设备在国内典型工程有秦岭终南山隧道部分区段、郭家山隧道、武汉长江隧道、厦门翔安海底隧道等。
该技术能对多种材料燃烧的火灾进行报警，先期投资及后期维护工作量相对较小，因此得到了广泛的应用。但同分布式光纤感温探测技术一样，该技术无法解决火灾报警时间较长及只有火灾燃烧造成隧道顶部温度变化才能报警的问题；隧道内环境风速较大，火灾报警点容易出现偏移；同时，由于光纤光栅火灾报警系统对隧道进行分区，在特长隧道中需对设备进行叠加并敷设多芯光缆才能完成整条隧道的检测。
分布式光纤感温探测技术应用：分布式光纤感温探测技术的报警设备在国内典型工程包括秦岭终南山隧道部分区段、秦岭3号隧道、上海打浦路隧道、河北张承高速部分隧道、北京八达岭高速部分隧道等。
该技术有多年的工程应用经验，在隧道中应用已经很成熟。由于其线形分布，一根探测光缆即可以监测隧道内每一点的温度变化。但受测量原理限制，该技术也没有很好地解决早期报警和报警点偏移问题；其测量精度有赖于入射光强和温度变化量，故较目前流行的其他技术更容易出现漏报现象。但相对成熟的技术应用和相对合理的工程造价也为其赢得了不少的用户。
综上所述，从以上三种火灾探测技术各有特点，在隧道火灾自动报警系统的设计和选用过程中，应结合项目隧道结构、所处地理位置、环境温度及霜冻情况、车流量及车型比例情况综合选定火灾检测方案，最终确定技术先进，经济合理，安全可靠的方案。
参考文献
[1] 钱怀风 高速公路隧道火灾特点及火灾报警系统的选型
[2] 李春杰 浅谈分布式光纤火灾探测器与双波长火灾探测器的比较
[3] 于强敏 分布式光纤测温系统研究
[4] 赵忠杰 .特长公路隧道消防报警设计
[5] 尤三伟 长大公路隧道双波长火灾探测器设计与应用
[6] 张杨，陈启军常用隧道火灾探测器原理、应用及研究动态
关键字： 隧道；火灾自动报警；双波长；分布光纤；光纤光栅
Abstract: this article with the domestic highway tunnel of choose automatic fire alarm system for background, mainly in three tunnel fire auto alarm technical analysis and contrast, from the point of view of practical in the application process performance the advantages and limitations, the paper discusses the tunnel for automatic fire alarm the selection of technology to provide the reference.
Key word: tunnel; Automatic fire alarm; Double wavelengths; Distributed optical fiber; Fiber grating
中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：
1.引言
在隧道的运营过程中，火灾的早期预警对于消防和救援工作的开展，避免或减轻相关的生命财产损失具有重要的意义。经过多年发展，隧道内火灾自动报警技术形成了几种火灾自动报警技术。
目前在隧道内常用的主要是感温型和感光型两种自动报警技术。感温型有感温电缆、热敏合金线、紫铜管、分布式光纤感温、光纤布拉格光栅等，基本原理均是火灾发生后热气流上升至隧道顶部后引起温度的变化，感温探测器通过温度的变化进行火灾探测和报警；感光型有双波长火焰探测技术，基本原理是比较火灾中辐射光闪变的两种波长的变化进行探测和报警。
感温电缆、热敏合金线、紫铜管等技术由于报警时间、报警精度、误报率等指标偏低以及使用效果不好，已经逐渐被淘汰。现在主要应用的是分布式感温光纤、光纤布拉格光栅和双波长火焰探测技术。
2.隧道内常用的火灾自动报警技术原理及对比
双波长火焰探测技术：通过对火灾中辐射光闪变的长波和短波的波长进行比较，判断是否有火灾发生，并将报警信号传送给火灾报警控制器。由于火灾火焰所发射出的光的光谱分布情况与自然光或者人工光源的光谱分布情况不同，探测器通过对环境光的相对光谱和车辆火灾时检测器检测的相对光谱进行比较，判断是否发生火灾。
双波长火焰探测技术在探测时间及反应速度上有着较大优势。由于其是捕捉辐射光，不易受到环境温度和隧道内风速的影响，能报知准确的火灾位置，同时它具有极高的灵敏度，并且易于在隧道侧壁安装，后期维护相对容易。但该技术也存在仅对汽油明火敏感，对其它介质燃烧引发的火灾不易报警。其光学镜头易受污染或表层结冰，影响探测灵敏度和探测范围。
光纤布拉格光栅探测技术：利用光纤芯层材料的光敏特性，通过紫外准分子激光器采用掩模曝光的方法使一段长约8mm~10mm的光纤纤芯的折射率发生永久性改变，从而形成布拉格光栅结构。光纤光栅布拉格波长的变化与环境温度的变化呈线性关系，通过检测光纤光栅布拉格波长，就可以测得环境温度。
光纤光栅传感技术具有波长编码的数字式传感，使用可靠性高，寿命长；光纤信号适合远距离在线监测和传输，易于组网，响应时间快、灵敏度高和测量精度高。但光纤光栅也存在其局限性，通过对多个光栅进行一定间隔的串联达到火灾检测的目的，串联的间隔越小，检测精度越高，但造价越高。同时光栅在安装过程中容易损坏，在高温（>150℃）或使用时间较长时也易退化失效。
分布式光纤感温探测技术：主要依据光纤的光时域反射（OTDR）原理以及光纤的背向拉曼散射温度效应。光脉冲沿光纤传播时产生后向反射光，反射光的强度与反射点的温度呈线性变化关系，可以通过测量后向反射光的强度，计算出反射点的温度。同时，测量从光脉冲发出到接收后向反射光的时间差，可以对温度变化点进行定位。
分布式光纤感温探测技术有诸多优点，如耐高电压和强电磁场、耐高温、耐辐射、抗射频和电磁干扰，防燃、防爆、抗腐蚀能力强；检测点连续，检测范围大；探测光缆采用标准光纤，具有很强的通用性，可对温度实时监测。该技术也存在局限性，由于感温光纤安装在隧道顶部，只有在火灾对顶部温度造成影响后才能报警，也容易受到环境温度和隧道风速的影响产生漏报误报现象。
3.工程实际应用
双波长火焰探测技术应用：双波长火焰探测技术的报警设备在国内的典型工程有上海外环隧道、京珠高速公路粤北段隧道群、南京玄武湖隧道、雪峰山隧道、西汉高速公路的秦岭1号隧道、2号隧道、景德镇至鹰潭高速公路隧道群等。
根据隧道运营及火灾数据统计，98％以上的火灾有明火产生，采用双波长火灾报警系统可有效检测出早期火灾。由于风速、温度对其灵敏度基本没有影响，该技术在公路隧道中得到了广泛应用。不过，由于感光窗容易受到汽车尾气及灰尘的污染而导致灵敏度降低，当火灾烟雾较大，或出现化学物质（如磷、钠、镁、硫、氢等）燃烧时，也可能出現漏报现象。为保证系统有效运行，需定期对感光窗进行清洗。
光纤布拉格光栅探测技术应用：近年来光纤布拉格光栅探测技术的火灾报警设备在国内典型工程有秦岭终南山隧道部分区段、郭家山隧道、武汉长江隧道、厦门翔安海底隧道等。
该技术能对多种材料燃烧的火灾进行报警，先期投资及后期维护工作量相对较小，因此得到了广泛的应用。但同分布式光纤感温探测技术一样，该技术无法解决火灾报警时间较长及只有火灾燃烧造成隧道顶部温度变化才能报警的问题；隧道内环境风速较大，火灾报警点容易出现偏移；同时，由于光纤光栅火灾报警系统对隧道进行分区，在特长隧道中需对设备进行叠加并敷设多芯光缆才能完成整条隧道的检测。
分布式光纤感温探测技术应用：分布式光纤感温探测技术的报警设备在国内典型工程包括秦岭终南山隧道部分区段、秦岭3号隧道、上海打浦路隧道、河北张承高速部分隧道、北京八达岭高速部分隧道等。
该技术有多年的工程应用经验，在隧道中应用已经很成熟。由于其线形分布，一根探测光缆即可以监测隧道内每一点的温度变化。但受测量原理限制，该技术也没有很好地解决早期报警和报警点偏移问题；其测量精度有赖于入射光强和温度变化量，故较目前流行的其他技术更容易出现漏报现象。但相对成熟的技术应用和相对合理的工程造价也为其赢得了不少的用户。
综上所述，从以上三种火灾探测技术各有特点，在隧道火灾自动报警系统的设计和选用过程中，应结合项目隧道结构、所处地理位置、环境温度及霜冻情况、车流量及车型比例情况综合选定火灾检测方案，最终确定技术先进，经济合理，安全可靠的方案。
参考文献
[1] 钱怀风 高速公路隧道火灾特点及火灾报警系统的选型
[2] 李春杰 浅谈分布式光纤火灾探测器与双波长火灾探测器的比较
[3] 于强敏 分布式光纤测温系统研究
[4] 赵忠杰 .特长公路隧道消防报警设计
[5] 尤三伟 长大公路隧道双波长火灾探测器设计与应用
[6] 张杨，陈启军常用隧道火灾探测器原理、应用及研究动态