引用本文:
谭跃刚,吕文强,刘繄. 工业用火灾预警光纤传感器及其传感特性[J]. 光通信技术,2021,45(3):1-3.
谭跃刚,吕文强,刘 繄*
(武汉理工大学 机电工程学院,武汉 430070)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:火灾给人们的生产与生活带来极大的威胁,但现有的火灾传感器在安装空间、测量范围和适用环境等方面存在着局限性,因此需要研制新型火灾传感器。设计并实现了一种不锈钢毛细管可靠封装的工业用火灾预警光纤传感器,该传感器通过对光纤光栅进行高温再生处理,大幅提高了传统光纤光栅传感器的耐高温性能。对制备的传感器进行了实验,结果表明:该种传感器测量温度可达1000 ℃、线性度为0.99951,在1000 ℃下90%信号的响应时间不到3 s,适合于火灾预警。
关键词:工业;火灾监测;再生光纤传感器;高温传感器
中图分类号:TN929.12 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)03-0001-03
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.03.001
0 引言
火灾是一种破坏性极强的灾害。据统计,火灾所造成的损失约为地震的5倍,给人们的生产与生活带来巨大的经济损失,因此火灾预警有重要的意义,特别是早期火灾监测是预防火灾的关键。目前,各国探索了多种早期火灾监测方法,例如红外火焰探测法[1],但是由于红外探测仪体积较大,安装布置不方便,测量范围有限,且易受环境因素影响(环境温度、空气中的灰尘等),因而很难对受限空间内的火灾进行监测。还有一些研究者提出了烟雾探测法[2],但是这种方法受风向影响明显,漏报、误报时有发生。对于工业环境火灾,例如石油化工领域火灾,具有起势快、温度高、范围大和安装空间受限等问题。张根甫等人[3]探索了基于热电偶温度传感器的火灾监测系统,具有体积小、布置灵活、响应速率快和火灾初期监测等优点,但是其测点数量有限、传输距离短且监测厂区面积小。光纤传感技术具有体积小、重量轻、"一线多点"准分布式测量、抗电磁干扰和远距离大范围监测等优点,光纤传感器可用于工业火灾预警。
传统的光纤传感器由于封装材料的约束,一般耐受温度不超过150 ℃。殷燕子等人[4]改进了封装结构,采用光纤金属化封装,大大提高了传感器的耐温性能,达到了700 °C的测温要求。然而,Bandyopadhyay S等人[5]研究表明,传统光纤传感器信号在900 ℃时就会逐渐消失。想要进一步提高光纤传感器测温上限,必需提高光纤光栅本身的耐温性能。2002年,瑞典科学家Fokine等人[6]首次通过高温热处理制得耐高温光纤光栅,这为光纤光栅高温测量领域打开了一个新的窗口,引起了众多学者的研究兴趣[7-9]。光纤光栅在高温下虽能够再生,但是受到高温的烧蚀影响,机械强度显著降低,轻微的振动都会导致传感器的破裂失效,所以一直无法真正应用于工业火灾现场的高温监测。因此,再生光纤光栅工艺与和封装技术是困扰此类传感器走向实用化的关键。基于此,本文提出一种304不锈钢毛细管可靠封装的再生光纤光栅工业用火灾预警光纤传感器。
4 结束语
本文针对工业领域的火灾监测,开展了再生光纤光栅传感技术的研究。通过数据拟合和实验分析,提出一种不锈钢毛细管可靠封装的再生光纤光栅工业用火灾预警传感器。获得的再生光纤传感器具有近似高斯型反射光谱信号,测量范围可达1000 ℃,线性度为0.99951,在1000 ℃测试环境下90%信号的所需响应时间不到3 s。另外,为适用于工业厂区的大范围监测,该传感器采用光纤串来制作,可以实现大范围多点测量,适合于准分布式火灾监测与报警,在航空航天、石油化工、冶炼和食品加工等工业领域的火灾监测中具有广泛的应用前景。