Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Волоконно-оптические тепловые линейные пожарные извещатели: что предлагает российский рынок?

Волоконно-оптические тепловые линейные пожарные извещатели: что предлагает российский рынок?

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Волоконно-оптические тепловые линейные пожарные извещатели: что предлагает российский рынок?

Волоконно-оптические системы пригодны не только для передачи информации, но и в качестве локальных распределенных измерительных датчиков. Физические величины измерения, например температура или давление, могут воздействовать на оптическое волокно и менять свойства световодов в определенном месте. В середине 1990-х гг. в США были внедрены волоконно-оптические линейные тепловые извещатели различных наименований и принципов действия, наиболее известным из которых является датчик типа "Оптический с измерением коэффициента отражения методом совмещения прямого и отраженного испытательных сигналов" (Optical Time Domain Reflectomery, OTDR)
Владимир Фомин
Профессор кафедры пожарной автоматики Академии ГПС МЧС России, к.т.н., доцент

Классическая техника временной оптической рефлектометрии OTDR основана на определении разности времени между моментами передачи светового импульса и приема обратнорассеянного света, а также зависимости интенсивности рассеянного света от времени (то есть от расстояния вдоль кабеля). Поскольку обратное рэлеевское рассеяние зависит от температуры, оно может быть использовано для измерения температуры по длине кабеля.

Немного истории

Работы по применению волоконно-оптического кабеля для измерения температуры проводились и в России. В институте "Гипроуглеавтоматизация" Комитета по угольной промышленности при Министерстве топлива и энергетики РФ в конце 1990-х гг. на основе волоконно-оптической техники разработано линейное средство контроля температуры, которое способно не только генерировать сигнал о начавшемся пожаре при достижении температуры воздушной среды аварийного уровня, но и обеспечить постоянный мониторинг температуры во всем диапазоне ее реальных изменений. Это позволяет более надежно и своевременно диагностировать процессы возгорания на ранней стадии.

Разработанное в институте "Гипроуглеавтоматизация" устройство (далее – термокабель) представляет собой многоканальную измерительную систему, в которой волоконный световод является одновременно и средой передачи информации, и совокупностью чувствительных элементов, реагирующих на изменения температуры окружающей воздушной среды в каждом из измерительных участков. При этом формируется сигнал, несущий информацию о номере участка по длине и температуре воздушной среды в пределах этого участка (каждому участку соответствует волоконно-оптический канал в 20 погонных метров термокабеля).

Принцип работы волоконно-оптического кабеля

В волоконно-оптический кабель посылается световой импульс. В отсутствие заметных температурных градиентов вдоль кабеля импульс отражается от конца световода и возвращается через время, определяемое двойной длиной световода. При наличии температурных изменений на любом участке световода часть энергии светового импульса отражается на другой длине волны. Регистрируя по принципу радиолокации время возврата импульса, определяется координата аномалии. Измеряя амплитуду сигнала отраженного импульса на смещенной частоте, определяется температура в месте аномалии и ее градиент.


Волоконно-оптический кабель по своей физической сущности электрически пассивен, вследствие чего он невосприимчив по отношению к электромагнитным помехам и полям любой напряженности. Кроме того, он негорюч, взрывобезопасен и стоек к коррозии. Термокабель получил промышленное название "Комплекс раннего обнаружения пожаров на ленточных конвейерах (комплекс ОПК)". Его технические характеристики представлены в табл. 1.

Успешное проведение испытаний

В течение 2001 г. комплекс ОПК проходил эксплуатационные испытания на ОАО "Шахта Инская" ("Беловоуголь") в системе противопожарной защиты конвейерных ставов в главном стволе № 3 и главном конвейерном квершлаге. За время испытаний отказов в работе комплекса не наблюдалось. Технические характеристики комплекса подтверждены эксплуатационными испытаниями на шахте. Комплекс надежно измеряет температуру воздушной среды в контролируемой выработке по всей ее длине и обеспечивает передачу информационных сигналов в автоматизированную систему контроля за пожароопасностью.


На рис. 1 схематично представлено применение волоконно-оптического кабеля в качестве пожарного извещателя и датчика температуры на различных объектах.

Методы измерения температуры

Для измерения температуры с помощью световодов, изготовленных из кварцевого стекла, особенно подходит так называемый эффект Рамана. Свет в стеклянном волокне рассеивается на микроскопически малых колебаниях плотности, размер которых меньше длины волны (рис. 2). В отличие от входящего, обратнорассеянный свет содержит как компоненту с начальной длиной волны (обусловленную эластичным, или рэлеевским, рассеянием), так и компоненты, подвергшиеся спектральному сдвигу на частоту, соответствующую резонансной частоте колебаний рассеивающих узлов (комбинационное рамановское рассеяние). Компоненты со смещенной длиной волны образуют в спектре рассеянного света линии-спутники, которые делятся на стоксовы (сдвинуты к большим длинам волн и меньшей частоте) и антистоксовы (сдвинуты к меньшим длинам волн и большей частоте).


Комбинационное рамановское рассеяние значительно (на три порядка) слабее рэлеевского, поэтому оно не может быть измерено с помощью техники OTDR. Однако оно используется в более сложной технике частотной оптической рефлектометрии (Optical Frequency Domain Reflectometry, OFDR).

Интенсивность антистоксовой полосы рамановского рассеяния зависит от температуры, в то время как стоксова полоса почти не зависит от температуры. Измерение локальной температуры в любом месте световода следует из отношения интенсивности антистоксового и стоксового света. Благодаря оптическому методу обратного комбинационного рассеяния можно измерять температуру вдоль стеклянного волокна как функцию места и времени.

Тепловые линейные пожарные извещатели российского производства

Технику OFDR для обнаружения пожара первой стала использовать компания AP Sensing, США, в тепловом линейном взрывобезопасном лазерном извещателе LHS (Linear Heat Series). Он состоит из измерительного блока AP Sensing и оптического кабеля. Извещатель защищает зону протяженностью до 2х8 км при обеспечении высокой точности определения места расположения очага 1–3 м.

В России две компании разработали и выпускают волоконно-оптические тепловые линейные пожарные извещатели, реализующие OFDR. Извещатели напрямую конкурируют с иностранными аналогами, которые стоят значительно больше, и не уступают их техническим характеристикам.

Извещатель ИП-132-1-Р "Горизонт"

Тепловой линейный пожарный извещатель ИП-132-1-Р "Горизонт" (рис. 3) разработан и выпускается компанией ООО "КабельЭлектроСвязь".


Световой импульс лазера распространяется по оптическому волокну, небольшая часть света рассеивается. Рассеяние лазерного импульса появляется непосредственно благодаря молекулярным колебаниям в оптическом волокне. Измерение температуры основано на измерении оптического рамановского обратного рассеивания с использованием оптической рефлектометрии во временной области (рис 4.).


Температура в этой системе измерений пропорциональна соотношению мощностей стоксовской и антистоксовской компонент рамановского излучения, которые регистрируются в виде температурной зависимости по длине кабеля.


Основные технические характеристики ИП-132-1-Р "Горизонт" представлены в табл. 2.

Извещатель ИП 132-1-Р "Елань"

Тепловой линейный пожарный извещатель ИП-132-1-Р "Елань" (рис. 5) разработан и выпускается компанией ООО "Этраспецавтоматика".


Предназначен для обнаружения загораний, сопровождающихся повышением температуры, в неотапливаемых или отапливаемых закрытых помещениях различных зданий и сооружений, а также на кораблях, судах, объектах подвижного состава железнодорожного транспорта и других промышленных объектах (электрооборудование подгрупп IIA, IIB, IIC температурного класса Т6 по ГОСТ Р 52350.14–2006) и передачи сигнала "Пожар" приемно-контрольному прибору.

Область применения извещателя – линейно-протяженные помещения либо с большими площадями потолков (тоннели, кабельные коллекторы, производственные цеха, складские комплексы, торговые центры).

Извещатель подходит для взрывоопасных зон помещений и наружных установок, согласно ГОСТ Р 52350.10–2005, ПУЭ издание 6 гл. 7.3 и другим нормативным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.


Состоит из чувствительного элемента (ЧЭ) и блока обработки (БО). В качестве ЧЭ извещателя используется оптоволоконный кабель, прокладываемый в контролируемой зоне.

ИП-132-1-Р "Елань" совместим с большинством ПКП и полностью соответствует требованиям ГОСТ Р 53325.

По принципу действия ИП относится к тепловым извещателям с использованием материалов, изменяющих оптическую проводимость в зависимости от температуры. Для определения места изменения температуры в оптоволоконном кабеле применяется полупроводниковый лазер, метод основывается на эффекте Рамана. Извещатель, получив информацию по температуре оптического волокна от чувствительного элемента, проводит дорасчет данных для получения температуры на оболочке кабеля.


В состав чувствительного элемента извещателя входят собственно оптоволоконный кабель и терминатор, которые могут располагаться во взрывоопасных зонах. Для стыковки с БО используется оптический коннектор.

ЧЭ извещателя имеет маркировку взрывозащиты по ГОСТ Р ЕН 13463.1–2009 Ex op is IIC T6 Ge или Ex op is I Ма.

Технические характеристики ИП 132-1-Р "Елань" приведены в табл. 3, а в табл. 4 – эксплуатационные ограничения.

Ключевые технологические преимущества

Волоконо-оптические тепловые линейные пожарные извещатели имеют несомненные преимущества перед другими типами извещателей.

  • Электрически нейтральны, применение неэлектрических средств измерения, оптоволоконного кабеля позволяет использовать извещатели на предприятиях нефтегазового комплекса, химических производствах, предприятиях металлургии и энергетики, в тоннелях, коллекторах, кабельных каналах, в складских комплексах и торговых центрах.
  • Могут эксплуатироваться в условиях воздействия солевого тумана, влаги, пыли, агрессивных сред, вибрации.
  • Линейный чувствительный элемент можно проложить в непосредственном контакте с защищаемым оборудованием, в любых труднодоступных местах.
  • Невосприимчивы к электромагнитному излучению.
  • Безопасны даже при повреждении чувствительного элемента в условиях взрывоопасной атмосферы, не приведут к взрыву.
  • Быстрые измерения: для определения температуры требуется от 1 с.
  • Контроль изменения состояния по температуре в режиме реального времени.
  • Контроль больших площадей, большая протяженность зоны обнаружения.
  • Точное определение места пожара.
  • Устойчивы к различным внешним воздействиям (тепло, холод, влажность, коррозия, механические воздействия, агрессивные среды).
  • Минимальные затраты на обслуживание: волоконно-оптический кабели имеют срок службы до 25 лет.
  • Оборудование нового поколения сертифицировано согласно ФЗ № 123-ФЗ от 22.07.2008 г. и соответствует ГОСТ Р 53325– 2012.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #1, 2018
Посещений: 1348


  Автор
Владимир Фомин

Владимир Фомин

Профессор кафедры
пожарной автоматики
Академии ГПС МЧС России

Всего статей:  2

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций