光纖測溫自動(dòng)報(bào)警技術(shù)在信息機(jī)房的應(yīng)用

孟祥慶

摘 要 信息系統(tǒng)與我們的生產(chǎn)生活越來越密切，人們對信息設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求也不斷提高，而合理的機(jī)房溫度是設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的先決條件，因此如何實(shí)時(shí)掌握機(jī)房和設(shè)備的溫度也成為網(wǎng)絡(luò)管理者們倍加關(guān)注的問題。文章對利用光纖光柵測溫技術(shù)建設(shè)的信息機(jī)房溫度監(jiān)測自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞 光纖光柵測溫；單片機(jī)傳感器；GSM遠(yuǎn)程報(bào)警

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

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》的立法，信息化受到越來越多的關(guān)注，信息機(jī)房也成為信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全的重要節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備尤其是交換機(jī)、路由器、服務(wù)器等設(shè)備對機(jī)房的溫度有較高要求，機(jī)房散熱不暢或設(shè)備溫度過高都將造成設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，性能下降，嚴(yán)重時(shí)還可導(dǎo)致設(shè)備異常關(guān)機(jī)，造成數(shù)據(jù)丟失、網(wǎng)絡(luò)癱瘓、設(shè)備損壞等不可挽回的損失。每年全國各地都會發(fā)生信息機(jī)房因溫度過高造成數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備損壞的事故。這讓政府和企事業(yè)單位遭受到了重大的經(jīng)濟(jì)損失，造成了嚴(yán)重的社會影響。所以環(huán)境溫度過高、設(shè)備過熱一直是企事業(yè)單位管理者和網(wǎng)絡(luò)管理員們擔(dān)心的問題。

大型信息機(jī)房一般使用中央空調(diào)進(jìn)行降溫，但小型企事業(yè)單位安裝中央空調(diào)成本過高，只能安裝普通空調(diào)，另外信息機(jī)房如果建設(shè)在大型寫字樓的樓層中間位置，散熱問題將更加復(fù)雜。現(xiàn)階段信息機(jī)房一般通過攝像頭實(shí)現(xiàn)機(jī)房環(huán)境的遠(yuǎn)程在線查看，通過網(wǎng)管軟件對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，但對于信息機(jī)房溫度預(yù)警系統(tǒng)確一直沒有良好的監(jiān)控手段。

1 溫度監(jiān)測及報(bào)警系統(tǒng)市場

目前環(huán)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(shù)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(yōu)點(diǎn)，在工程技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，光纖光柵測溫[ 1 ]也逐步取代紅外線測溫。報(bào)警系統(tǒng)主要采用紅外聲光報(bào)警、ZigBee報(bào)警、WiFi智能報(bào)警、GSM報(bào)警，GSM遠(yuǎn)程報(bào)警憑借其穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性占領(lǐng)主流市場。

2 系統(tǒng)組成

信息機(jī)房溫度監(jiān)測自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采用光纖光柵測溫技術(shù)對機(jī)房溫度和設(shè)備溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)多點(diǎn)信息采集，通過光纖光柵傳感器將溫度信號傳遞給工控機(jī)，當(dāng)溫度過高時(shí)工控機(jī)開啟音箱報(bào)警，工作時(shí)間值班人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異態(tài)并做出處理，同時(shí)工控機(jī)與單片機(jī)連接，單片機(jī)將過溫信號傳遞給GSM報(bào)警模塊，實(shí)現(xiàn)對過溫信息的及時(shí)撥打預(yù)警電話或發(fā)送短消息。

本系統(tǒng)主要由光纖光柵測溫模塊、監(jiān)控模塊、GSM報(bào)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(jiān)控模塊主要是通過工控機(jī)對溫度狀態(tài)實(shí)時(shí)查看，GSM報(bào)警模塊由單片機(jī)和GSM通訊模塊組成。

2.1 光纖光柵測溫模塊

光纖測溫技術(shù)能夠做到對環(huán)境溫度和設(shè)備的多點(diǎn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，系統(tǒng)通過測量設(shè)備上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比對，來防止溫度過高的事故發(fā)生，真正做到提前預(yù)警，防患于未然。

光纖測溫技術(shù)徹底地解決了設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測，數(shù)據(jù)分析，故障預(yù)測等問題，實(shí)現(xiàn)了信息化設(shè)備的在線、實(shí)時(shí)、多點(diǎn)監(jiān)測，做到了預(yù)防為主，監(jiān)防并重。為信息化設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)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(fā)生了永久性的變化，用紫外曝光法在單模光纖（SMF）的纖芯內(nèi)部形成的相位光柵，它的本質(zhì)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(dāng)于在光纖的內(nèi)部形成了一段長度為10mm左右的敏感區(qū)，這段敏感區(qū)可以準(zhǔn)確的監(jiān)測到溫度的變化。

光纖光柵溫度傳感器是溫度監(jiān)測的核心部分，其溫度敏感元件是光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG）。光纖布拉格光柵是利用摻雜光纖的光折變效應(yīng)，通過紫外光照射工藝使外界入射光子和纖芯內(nèi)的摻雜粒子相互作用，導(dǎo)致纖芯折射率沿光纖軸向發(fā)生永久變化，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，如圖3所示，當(dāng)寬帶光在光纖布拉格光柵中傳輸時(shí)，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(dāng)外界溫度變化時(shí)，熱膨脹效應(yīng)會引起光柵周期Λ變化，熱光效應(yīng)也會引起折射率neff變化，中心波長與溫度的關(guān)系：？λB /λB=（α+ζ） ？T

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

光纖光柵傳感器安裝在被測點(diǎn)表面，實(shí)現(xiàn)信號的多點(diǎn)實(shí)時(shí)采集；光纜把信號傳輸?shù)焦饫w光柵測溫儀。光纖光柵測溫儀經(jīng)過分析后通過以太網(wǎng)口向工控機(jī)傳送信號，工控機(jī)實(shí)施數(shù)據(jù)的記錄和比對處理，發(fā)現(xiàn)異態(tài)及時(shí)報(bào)警。

本系統(tǒng)采用SAS-B 型光纖光柵測溫儀進(jìn)行光信號解調(diào)，SAS-B型光纖光柵測溫儀性能強(qiáng)、可靠性高，可用于強(qiáng)電磁場環(huán)境下的光纖信號解調(diào)，可用于建筑物內(nèi)和設(shè)備及線纜的多點(diǎn)溫度檢測。該系列解調(diào)儀可擴(kuò)容性好，一臺主機(jī)可從四路擴(kuò)充到十六路，甚至更多。

2.2 GSM報(bào)警模塊

本系統(tǒng)將光纖光柵測溫儀接入工控機(jī)，工控機(jī)外置音箱可以在溫度過高時(shí)及時(shí)報(bào)警，令機(jī)房值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。工控機(jī)連接STC89LE516RD單片機(jī)，單片機(jī)和GSM通訊模塊之間采用AT指令實(shí)現(xiàn)互相之間的通信，單片機(jī)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(yù)存在單片機(jī)存儲器內(nèi)部的電話號碼或發(fā)短信，這樣網(wǎng)絡(luò)管理人員就能隨時(shí)獲取機(jī)房和設(shè)備過溫預(yù)警信息。

GSM報(bào)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(yè)級GSM/GPRS模塊，工作頻段為：EGSM900和DCS1800MHz。SIM800A具有標(biāo)準(zhǔn)AT命令接口，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語音、短信、GPRS數(shù)據(jù)的傳輸。報(bào)警模塊采用USB直接供電。該模塊自帶SIM卡槽，插入移動(dòng)或聯(lián)通SIM卡后通過，通過AT命令將網(wǎng)絡(luò)管理人員手機(jī)號碼存入電話簿，在溫度超過警報(bào)閾值后及時(shí)撥打電話或發(fā)送短消息到預(yù)設(shè)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(tǒng)進(jìn)行初始化后執(zhí)行自檢，如果系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤則自動(dòng)重啟，首次設(shè)定機(jī)房和設(shè)備各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的正常溫度值范圍，并給定報(bào)警閾值，然后對采樣點(diǎn)進(jìn)行溫度采樣，對超出溫度報(bào)警閾值的啟動(dòng)GSM自動(dòng)撥打電話或發(fā)短消息報(bào)警（為防止誤報(bào)情況發(fā)生，系統(tǒng)對超溫采集點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)三次數(shù)據(jù)采集確認(rèn)為過溫故障后再進(jìn)行報(bào)警）。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1）光纖光柵溫度傳感器安全可靠，前端監(jiān)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(jìn)行封裝，光纖光柵測溫儀也采用高質(zhì)量的光通信器件，確保整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

2）本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度多點(diǎn)在線不間斷監(jiān)測，并且具有溫度預(yù)警和報(bào)警功能，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)過溫現(xiàn)象，進(jìn)行多次測量比對，保證了整個(gè)測溫系統(tǒng)的精度和準(zhǔn)確性，同時(shí)還備快速響應(yīng)時(shí)間，完全可以滿足工程測溫精度的要求。

3）本系統(tǒng)可以與工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、消防報(bào)警等系統(tǒng)集成對接，融為功能更加強(qiáng)大的綜合系統(tǒng)，可與局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、專網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，管理簡捷。

4 結(jié)論

信息機(jī)房溫度監(jiān)測自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)使用目前較為先進(jìn)的光纖光柵測溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)對信息機(jī)房的溫度狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警。系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，施工方便，建設(shè)成本和維護(hù)成本均較低，很好的解決了由機(jī)房和設(shè)備溫度過高引起的一系列故障和隱患，光纖測溫自動(dòng)報(bào)警技術(shù)還可以應(yīng)用在電力、醫(yī)療、銀行、安防監(jiān)控、智慧家庭等領(lǐng)域。希望本文能對各個(gè)領(lǐng)域工程技術(shù)人員有所啟迪。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒墨.光纖測溫技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].福州：福州大學(xué)，2013.

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