高速公路隧道火灾探测器分类与选型

火灾探测器是火灾信号的传感元件，是整个火灾自动报警系统最基本的组成部分。它是实现火灾的非电量电测技术的关键。根据火灾发生的特点，目前较常用及成熟的有感烟、感温、感光等传感技术。

由于隧道内环境污染较大，特别是汽车尾气的大量排放对感烟型火灾探测器会产生较大的误信号，并影响感烟型火灾探测器的使用寿命，所以感烟型火灾探测器很少在公路隧道内使用，其多设置在中控室、配电房、风机房、发电机房等处。

目前，国内公路隧道内设计施工中常用的火灾自动探测器按检测原理可分为三类：线型感温探测器、点型感光探测器和视频图像火灾探测器。线型感温探测器主要包括分布式光纤感温探测器和光纤光栅探测器；点型感光探测器主要有双波长火焰探测器。

（1）分布式光纤感温探测器

分布式光纤温度检测系统工作原理为光纤温度雷达中采用的雷达技术，激光光源沿着光纤注入光脉冲，脉冲大部分能传到光纤末端并消失，只有少部分拉曼散射光会沿着光纤反射回来，且该部分反射回来的拉曼散射光物理性值会随着光纤温度的变化而变化，通过对反射回来的拉曼散射光进行分析处理，可判断整条光纤方向的温度分布情况，如图2-1所示。

图2-1　光纤火灾探测器探测基本原理图

1.激光源；2.分光计；3.光纤；4.斯托克斯散射光；5.反斯托克斯散射光；6.信号处理

分布式光纤温度探测技术属于无电检测技术，有很好的抗电磁干扰能力；分布式测量，在一定的分辨率范围内，可以连续判断温度分布状况；长距离探测，探测范围可达30 km。但由于隧道的“烟囱”效应，使得隧道内自然风速往往较大，从而导致火灾报警点随风飘移，并延长报警时间。其测温反应时间长且不稳定，系统的灵敏度和报警阈值调整困难，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误差。特别是这类火灾的特点是火灾初期汽车还是在运动着，例如，我国高速公路隧道一般限速为80 km/h，也就是说，汽车在隧道中正常行驶时，一般每秒钟要移动22 m，即使以60 km/h的速度行驶，每秒钟也要移动16 m。当着火点处的温度还没有上升到报警温度阈值时，汽车已经移动到另一处了，当火灾报警系统开始报警时，火势已经很大或汽车已经停住了，这样很不利于火灾的早期扑灭，容易造成较大的损失。

（2）双波长火焰探测器

如图2-2与图2-3所示，双波长火焰探测器通过过滤器检测火焰特有频率（1～15 Hz）作为探测信号；检测部件3用于火焰辐射探测（工作波长为4.1～4.7 μm）；检测部件2用于监视（工作波长为5～6 μm），环境光和自然光产生的辐射。存在火焰时，部件3通道上的信号幅值大于部件2通道，于是报警，但是当通道2信号较强时，说明存在外部干扰辐射，此时不报警。

图2-2　双波长火焰探测器原理图

1.带状过滤器；2.长波检测，波长为5～6 μm；3.短波检测，波长为4.1～4.7 μm；4.放大器；5.数据处理（比较器+延时回路+整流回路）

图2-3　双波长火焰探测器原理图

双波长火焰探测器检测灵敏度高，可靠性高，误报少。根据国内外几十年的隧道火灾数据统计，98%以上的火灾情况有明火产生，所以采用双波长火灾报警系统对于检测早期火灾是十分有效的。特别在公路隧道内，风速、温度对它的检测灵敏度基本没有影响。这种隧道专用火灾探测技术十分成熟，在高速公路隧道中广泛使用，总体反映情况良好。在日本这样一个多隧道的国家中这种技术也是压倒多数的主流技术。早在1981年，日本的《公路隧道消防设施设置标准》就制订了应用双波长火焰探测器的标准。不过，双波长火灾报警系统属于感光型探测器，它的感光窗容易受到隧道内汽车尾气及灰尘的污染而导致探测灵敏度降低。需要定期进行清洗，由于安装高度比较低，清洗工作比隧道内的摄像机的清洗工作要容易得多。

（3）光纤光栅火灾探测器(www.xing528.com)

光纤光栅感温火灾报警系统是将光纤光栅作为温度传感器内部的敏感元件，如图2.4所示，通过光纤光栅所反射的光信号中心波长移动量来检测温度值。即这种光纤光栅的作用实质上是在纤芯中形成一个窄带反射镜。当宽带光进入光纤传输到光栅处时，光栅将有选择地反射一束窄带光。当外界温度变化时，由于光栅的条纹周期性变化引起光栅的有效折射率发生变化，从而产生光栅布拉格（Bragg）信号的波长位移。因此，通过精确地测量光栅反射光的布拉格波长就可以获得光纤光栅处的温度参数。光纤光栅感温火灾报警技术正是利用光纤光栅能准确测量温度的特性进行定温和差温报警。

图2-4　光纤光栅火灾报警系统结构示意图

光纤光栅火灾探测器抗干扰能力强，分辨率高，精度高，稳定性好，施工方便，应用于隧道中，具有其他类型的检测器所无法比拟的绝对优势。但由于公路隧道的特殊性，拉曼光纤火灾探测器在隧道中所具有的致命缺点，光纤光栅火灾探测器仍然具有。即由于隧道的“烟囱”效应，使得隧道内自然风速往往较大，从而导致火灾报警点随风飘移，并延长报警时间。

（4）视频图像火灾探测器

视频图像型火灾探测器采用国际上最先进的智能图像分析技术，对隧道内的情况进行实时监控，一旦有火情出现，可以在2～15 s内做出准确判断，并给出火灾定位信息（误差小于1.5 m），为及时控制火情、迅速启动应急预案赢得了时间。

视频图像型火灾探测器集成了视频监控和明火的即时分析、即时报警功能，而且在传统隧道视频监控的基础上稍做改造就能使监控系统具有火焰探测功能，避免了重复投资，减小了施工难度。

在实际工程使用中，视频图像型火灾探测器安装在隧道侧壁，采用点式部署，监控区域覆盖全隧道（如图2-5所示）。视频图像型火灾探测器采用模拟视频输出及数字视频输出两种方式，将视频信息及报警信息传送至火灾报警控制主机，并在后端监控管理平台显示隧道内图像及火焰蔓延情况。

发生火灾时，视频图像型火灾探测器不仅能按报警区间给出火灾报警信号及现场实时视频，还可以输出报警区间内火灾详细定位信息。另外，视频图像型火灾探测器还支持2路手动报警输入信号，可将手动火灾报警信号传送给火灾报警控制主机。

图2-5　视频图像型火灾探测器隧道安装示意图

综上所述，可得出以下结论：

（1）由于感温型火灾探测器易受风速和温度漂移的影响，报警时间较长，着火点和报警点位置有误差，不利于早期发现和报警。

（2）双波长火灾探测器不受风速和温度的影响，技术成熟，性能稳定可靠，适宜在高速公路隧道中使用，但易受污染而降低灵敏度，应定期进行清洗。

（3）视频图像型火灾探测器在传统隧道视频监控的基础上稍做改造就能使监控系统具有火焰探测功能，可避免重复投资和减小施工难度，而且其具备较准确的火灾定位功能。

（4）部分重要的、危险程度高的隧道，可在感光型火灾探测器或者视频图像型火灾探测器中置入感温探头，以提高火灾报警系统的可靠性。