光纖測溫自動報警技術在信息機房的應用

孟祥慶

摘 要 信息系統與我們的生產生活越來越密切，人們對信息設備安全穩定運行的要求也不斷提高，而合理的機房溫度是設備穩定運行的先決條件，因此如何實時掌握機房和設備的溫度也成為網絡管理者們倍加關注的問題。文章對利用光纖光柵測溫技術建設的信息機房溫度監測自動報警系統進行了闡述。

關鍵詞 光纖光柵測溫；單片機傳感器；GSM遠程報警

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）211-0082-02

隨著信息化技術的不斷發展和《中華人民共和國網絡安全法》的立法，信息化受到越來越多的關注，信息機房也成為信息安全和網絡安全的重要節點。網絡設備尤其是交換機、路由器、服務器等設備對機房的溫度有較高要求，機房散熱不暢或設備溫度過高都將造成設備運行不穩定，性能下降，嚴重時還可導致設備異常關機，造成數據丟失、網絡癱瘓、設備損壞等不可挽回的損失。每年全國各地都會發生信息機房因溫度過高造成數據丟失、設備損壞的事故。這讓政府和企事業單位遭受到了重大的經濟損失，造成了嚴重的社會影響。所以環境溫度過高、設備過熱一直是企事業單位管理者和網絡管理員們擔心的問題。

大型信息機房一般使用中央空調進行降溫，但小型企事業單位安裝中央空調成本過高，只能安裝普通空調，另外信息機房如果建設在大型寫字樓的樓層中間位置，散熱問題將更加復雜。現階段信息機房一般通過攝像頭實現機房環境的遠程在線查看，通過網管軟件對設備運行狀態進行遠程監控，但對于信息機房溫度預警系統確一直沒有良好的監控手段。

1 溫度監測及報警系統市場

目前環境測溫一般采用紅外線測溫或者光纖測溫。隨著光纖成本的降低和技術的普及，光纖依靠它抗電磁干擾、傳輸損耗低、抗腐蝕和體積輕巧等優點，在工程技術領域得到廣泛應用，光纖光柵測溫[ 1 ]也逐步取代紅外線測溫。報警系統主要采用紅外聲光報警、ZigBee報警、WiFi智能報警、GSM報警，GSM遠程報警憑借其穩定性和經濟性占領主流市場。

2 系統組成

信息機房溫度監測自動報警系統采用光纖光柵測溫技術對機房溫度和設備溫度進行實時多點信息采集，通過光纖光柵傳感器將溫度信號傳遞給工控機，當溫度過高時工控機開啟音箱報警，工作時間值班人員能及時發現異態并做出處理，同時工控機與單片機連接，單片機將過溫信號傳遞給GSM報警模塊，實現對過溫信息的及時撥打預警電話或發送短消息。

本系統主要由光纖光柵測溫模塊、監控模塊、GSM報警模塊3部分組成，其中光纖光柵測溫模塊由光纖光柵傳感器、傳輸光纜、光纖光柵測溫儀組成，監控模塊主要是通過工控機對溫度狀態實時查看，GSM報警模塊由單片機和GSM通訊模塊組成。

2.1 光纖光柵測溫模塊

光纖測溫技術能夠做到對環境溫度和設備的多點在線實時監測，系統通過測量設備上的實時數據和預設值進行比對，來防止溫度過高的事故發生，真正做到提前預警，防患于未然。

光纖測溫技術徹底地解決了設備的實時監測，數據分析，故障預測等問題，實現了信息化設備的在線、實時、多點監測，做到了預防為主，監防并重。為信息化設備安全穩定運行，提供了有力保障。

光纖光柵利用了光纖材料對光的敏感性：即入射光對光纖照射而引起光纖的折射率發生了永久性的變化，用紫外曝光法在單模光纖（SMF）的纖芯內部形成的相位光柵，它的本質就是在光的濾波器，從入射光中選取需要的光波分量。加工后的光纖光柵相當于在光纖的內部形成了一段長度為10mm左右的敏感區，這段敏感區可以準確的監測到溫度的變化。

光纖光柵溫度傳感器是溫度監測的核心部分，其溫度敏感元件是光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating，FBG）。光纖布拉格光柵是利用摻雜光纖的光折變效應，通過紫外光照射工藝使外界入射光子和纖芯內的摻雜粒子相互作用，導致纖芯折射率沿光纖軸向發生永久變化，在纖芯內形成空間相位光柵，如圖3所示，當寬帶光在光纖布拉格光柵中傳輸時，只有滿足Bragg條件波長的光才能反射回來，其余波長的光可以無損耗的透過。光纖布拉格光柵的反射中心波長λB隨折射率neff和光柵周期Λ的改變而改變：λB=2neff Λ。

當外界溫度變化時，熱膨脹效應會引起光柵周期Λ變化，熱光效應也會引起折射率neff變化，中心波長與溫度的關系：？λB /λB=（α+ζ） ？T

式中，α為光纖的熱膨脹系數，ζ為光纖的熱光系數。通常，在1550nm窗口，中心波長的溫度系數約為10.3pm/℃。

光纖光柵傳感器安裝在被測點表面，實現信號的多點實時采集；光纜把信號傳輸到光纖光柵測溫儀。光纖光柵測溫儀經過分析后通過以太網口向工控機傳送信號，工控機實施數據的記錄和比對處理，發現異態及時報警。

本系統采用SAS-B 型光纖光柵測溫儀進行光信號解調，SAS-B型光纖光柵測溫儀性能強、可靠性高，可用于強電磁場環境下的光纖信號解調，可用于建筑物內和設備及線纜的多點溫度檢測。該系列解調儀可擴容性好，一臺主機可從四路擴充到十六路，甚至更多。

2.2 GSM報警模塊

本系統將光纖光柵測溫儀接入工控機，工控機外置音箱可以在溫度過高時及時報警，令機房值班人員及時發現故障。工控機連接STC89LE516RD單片機，單片機和GSM通訊模塊之間采用AT指令實現互相之間的通信，單片機接收到光纖光柵傳感器的溫度過高信號后，通過GSM通信模塊撥打預存在單片機存儲器內部的電話號碼或發短信，這樣網絡管理人員就能隨時獲取機房和設備過溫預警信息。

GSM報警模塊中的通信模塊采用的是SIMGOM公司推出的SIM800A模塊，GSM800A是一款高性能工業級GSM/GPRS模塊，工作頻段為：EGSM900和DCS1800MHz。SIM800A具有標準AT命令接口，可以低功耗實現語音、短信、GPRS數據的傳輸。報警模塊采用USB直接供電。該模塊自帶SIM卡槽，插入移動或聯通SIM卡后通過，通過AT命令將網絡管理人員手機號碼存入電話簿，在溫度超過警報閾值后及時撥打電話或發送短消息到預設號碼。模塊支持RS232串口和TTL串口通信，支持3.4V～4.4V的電壓工作范圍。

系統進行初始化后執行自檢，如果系統發生錯誤則自動重啟，首次設定機房和設備各個監測點的正常溫度值范圍，并給定報警閾值，然后對采樣點進行溫度采樣，對超出溫度報警閾值的啟動GSM自動撥打電話或發短消息報警（為防止誤報情況發生，系統對超溫采集點進行連續三次數據采集確認為過溫故障后再進行報警）。

3 系統特點

1）光纖光柵溫度傳感器安全可靠，前端監測部件無需供電，因此不受電磁干擾。傳感器表面使用新型絕緣材料進行封裝，光纖光柵測溫儀也采用高質量的光通信器件，確保整個系統穩定可靠。

2）本系統可實現實時溫度多點在線不間斷監測，并且具有溫度預警和報警功能，系統發現過溫現象，進行多次測量比對，保證了整個測溫系統的精度和準確性，同時還備快速響應時間，完全可以滿足工程測溫精度的要求。

3）本系統可以與工業自動控制系統、安防監控系統、消防報警等系統集成對接，融為功能更加強大的綜合系統，可與局域網、廣域網、專網連接，實現數據共享，管理簡捷。

4 結論

信息機房溫度監測自動報警系統使用目前較為先進的光纖光柵測溫技術實現對信息機房的溫度狀態遠程監控預警。系統設計合理，施工方便，建設成本和維護成本均較低，很好的解決了由機房和設備溫度過高引起的一系列故障和隱患，光纖測溫自動報警技術還可以應用在電力、醫療、銀行、安防監控、智慧家庭等領域。希望本文能對各個領域工程技術人員有所啟迪。

參考文獻

[1]鄒墨.光纖測溫技術在電力系統中的應用[D].福州：福州大學，2013.

[2]常旭東.基于GSM短消息的遠程報警和控制系統[J].江西科學，2006，24（2）：191-200.