本发明专利技术提供一种透射式隧道火灾监测装置，包括至少一对架设在隧道内相对位置的发射单元、接收单元、连接发射单元和接收单元的光纤以及上位机。发射单元的光路部分包括激光器，分光镜，第一透镜、第一光电探测器和扩束镜，发射单元的电路部分包括滤波放大电路、模数转换电路、发射端无线通信模块；接收单元光路部分包括第二透镜、第二光电探测器，接收单元的电路部分包括锁相放大器、模数转换电路和接收端无线通信模块；光路采用双端结构，激光器发出的经过调制的光束由分光镜分成两路。本发明专利技术同时给出采用此种装置的火灾监测方法。本发明专利技术具有稳定性好，精确度高的优点。精确度高的优点。精确度高的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种透射式隧道火灾监测装置及监测方法
[0001]本专利技术涉及一种隧道内火灾的监测的装置，基于光电技术，设计用于隧道中的火灾监测和预警。装置通过实时监测隧道中大气的消光系数，实现隧道现场中非接触式的火灾预警功能，用于对铁路、公路内隧道内火灾的长期在线监测和报警。
技术介绍
[0002]隧道作为交通的咽喉要道，其建筑建构复杂，环境密闭，建筑结构多为狭长型，空间小，道路小，通风条件较差。隧道内多种事故类型均可能导致火灾的发生，例如车辆本身故障，车辆撞击，运输货物起火等。由于隧道的结构特征，一旦发生火灾后，相较于开阔地带，隧道内火灾的燃烧蔓延速度更快，烟雾扩散更快，由于隧道的通风条件差，烟雾很容易在隧道内呈现聚焦的状态，难以排出隧道外，隧道内的烟雾和有毒气体浓度非常高。因此，隧道火灾的监测及报警装置的重要性不言而喻。
[0003]目前在高速公路中，常用的火灾监测装置包括，线性感温电缆、分布式光纤探测器和双波长火焰探测器。线性感温电缆是目前在我国使用最广泛的火灾报警手段，它由两根弹性钢丝分别包裹热敏材料，绞对成型，绕包带再加外护套而制成，当电缆周围温度上升到额定温度时，其钢丝间热敏绝缘材料性能被破坏，绝缘电阻接近于短路，火灾报警控制器检测到这一变化后报出火灾信号。其优点是便宜，且在恶劣环境下具有较好的可靠性。但其缺点是隧道内温度场本身变化较大，容易产生漏报和误报，另外响应时间长，无法真正的实现预警的效果。分布式光纤探测器也是受外界温度影响较大。双波长火焰探测器问题较多，比如易受到光污染，且在事故判断时，由于隧道内的能见度较差，探测器可能不被处触发，此外，该系统对维护的要求较高。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种可靠性高，可以实现隧道火灾长期在线精确监测和报警的监测装置，并给出利用此种装置实现的火灾监测和报警方法。技术方案如下：
[0005]一种透射式隧道火灾监测装置，包括至少一对架设在隧道内相对位置的发射单元、接收单元、连接发射单元和接收单元的光纤以及上位机，其特征在于，
[0006]所述的发射单元的光路部分包括激光器，分光镜，第一透镜、第一光电探测器和扩束镜，发射单元的电路部分包括滤波放大电路、模数转换电路、发射端无线通信模块；
[0007]所述的接收单元光路部分包括第二透镜、第二光电探测器，接收单元的电路部分包括锁相放大器、模数转换电路和接收端无线通信模块；
[0008]光路采用双端结构，激光器发出的经过调制的光束由分光镜分成两路，一路经第一透镜聚焦后直接由第一光电探测器采集信号，此路信号表征的是光源光强信号，另一路经过距离L处的第二透镜聚焦后再由第二光电探测器接收信号，此路信号表征的是经过L距离的大气衰减后的光强信号；
[0009]激光光源发射的经过调制的光束被分光镜分光后由第一光电探测器直接测量所
得，第一光电探测器接收的信号经滤波放大电路和模数转换后得到光源光强信号，此信号经过发射端无线通信模块发送出去；
[0010]激光光源发射的经过调制的光束经过L距离的大气衰减后由第二光电探测器接收；激光光源的调制信号经由连接发射单元和接收单元的光纤传输后作为锁相放大电路的参考信号；通过所述的锁相放大电路将第二光电探测器接受到的有用信号提取出来并放大，经解调和模数转换后得到大气衰减后的光强信号，此信号经过接收端无线通信模块发送出去；
[0011]上位机，用于接收发射单元和接收单元发送的光源光强信号和大气衰减后的光强信号，并对同一对发射单元和接收单元发送的信号进行反演计算，获得当前的大气消光系数。
[0012]进一步地，发射单元和接收单元之间的最大安装距离为100m。
[0013]进一步地，激光器作为光源发射波长650nm的经过调制的红光。
[0014]本专利技术同时提供利用所述的透射式隧道火灾监测装置实现的火灾监测方法，其特征在于，包括下列步骤：
[0015](1)上位机利用无线通信方式接收同一对发射单元和接收单元发送的光源光强信号和大气衰减后的光强信号；
[0016](2)上位机进行反演计算，获得当前的大气消光系数获取监测隧道内气体环境的消光系数，激光器发出的光强I0的光和经光程距离L后衰减成光强值I的光，根据下列公式计算出大气消光系数α：
[0017][0018]光源的光强I0和衰减后的光强值(I)分别由第一光电探测器和第二光电探测器监测得到；k为标定系数；
[0019](2)上位机在监测到根据同一对发射单元和接收单元发送的信号反演的消光系数发生明显变化，且此处的监测数据较其它布点处的监测数据差异明显，变化值超出预设阈值，形成“是否发生火灾”的复合条件判断，实现隧道内火灾的预警。
[0020]进一步地，使用已知透过率的光学衰减片模拟大气消光特性进行标定，确定系数k值。
[0021]本专利技术利用针对隧道内温度场本身变化较大，且能见度较差的特点，设计了双端结构的光路系统，以经过调制的激光器发射光束作为光源，在隧道内不同的监测位置各架设一组发射单元、接收单元，在发射单元和接收单元之间还连接有光纤进行调制光信号的传输。激光光源发射的经过调制的光束经过L距离的大气衰减后由第二光电探测器接收；激光光源的调制信号经由连接发射单元和接收单元的光纤传输后作为锁相放大电路的参考信号；通过所述的锁相放大电路将第二光电探测器接受到的有用信号提取出来并放大，经解调和模数转换后得到大气衰减后的光强信号，此信号经过接收端无线通信模块发送出去；上位机接收发射单元和接收单元发送的光源光强信号和大气衰减后的光强信号，并对同一对发射单元和接收单元发送的信号进行反演计算，获得当前的大气消光系数，在监测到根据同一对发射单元和接收单元发送的信号反演的消光系数发生明显变化，且此处的监测数据较其它布点处的监测数据差异明显，变化值超出预设阈值，形成“是否发生火灾”的
复合条件判断，实现隧道内火灾的预警。本专利技术具有可靠性高，不易受外界温度影响，且能够实现长期、精确的火灾监测和预警的优点。
附图说明：
[0022]图1透射式隧道火灾监测装置安装示意图
[0023]图2透射式隧道火灾监测装置的光学结构示意图
[0024]图3透射式隧道火灾监测装置的工作原理图
[0025]附图标记说明如下：
[0026]1发射单元的固定支架
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2发射单元
[0027]3连接发射和接收单元的光纤
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4接收单元
[0028]5接收单元的固定支架
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6半导体激光器
[0029]7分光镜
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8透镜
[0030]9光电探测器
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10扩束镜
[0031]11透镜
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种透射式隧道火灾监测装置，包括至少一对架设在隧道内相对位置的发射单元、接收单元、连接发射单元和接收单元的光纤以及上位机。其特征在于，所述的发射单元的光路部分包括激光器，分光镜，第一透镜、第一光电探测器和扩束镜，发射单元的电路部分包括滤波放大电路、模数转换电路、发射端无线通信模块；所述的接收单元光路部分包括第二透镜、第二光电探测器，接收单元的电路部分包括锁相放大器、模数转换电路和接收端无线通信模块；光路采用双端结构，激光器发出的经过调制的光束由分光镜分成两路，一路经第一透镜聚焦后直接由第一光电探测器采集信号，此路信号表征的是光源光强信号，另一路经过距离L处的第二透镜聚焦后再由第二光电探测器接收信号，此路信号表征的是经过L距离的大气衰减后的光强信号；激光光源发射的经过调制的光束被分光镜分光后由第一光电探测器直接测量所得，第一光电探测器接收的信号经滤波放大电路和模数转换后得到光源光强信号，此信号经过发射端无线通信模块发送出去；激光光源发射的经过调制的光束经过L距离的大气衰减后由第二光电探测器接收；激光光源的调制信号经由连接发射单元和接收单元的光纤传输后作为锁相放大电路的参考信号；通过所述的锁相放大电路将第二光电探测器接受到的有用信号提取出来并放大，经解调和模数转换后得到大气衰减后的光强信号，此信号经过接收端无线通信模块发送出去；上位机，用于接收发射单元和接收单元发送的光源光强信号和大气衰减后的光强信号，并对同一对发射单元和接收单元发送的信号进行反演计算，获得当前的大气消光系数。2.根据权利要求1所述的透射式隧道火灾监测装置，其特征在于，发射单元和接收单元之间的最大安装距离为100m。3.根据权利要求1所述的透射式隧道火灾监测装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：戚海洋，潘孙强，刘素梅，胡朋兵，
申请(专利权)人：浙江省计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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