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—作者简介：姜海军（1977-），男，上海人，中级工程师，本科学士学位，研究方向为建筑设备。
0引言
随着我国数字经济的大规模快速发展，
数据中心已经成为各种社会活动的信息中心，其安全、可靠、稳定的运行是至关重要的。然而， 由于服务器、交换机、存储和备份等设施分布密集，
并且数据中心里不同的服务器上分配的负载不均匀，
导致每个计算设备上产生的热量也不相同。加上数据中心气流的停滞性等因素，
这些区域的温度将会不断上升，最终超过计算节点的临界工作温度， 这就形成了“热点”
现象[1]。“热点”现象的频繁出现，一方面，会导致单个计算机节点工作在超过临界工作温度的环境中会大大
增加硬件的故障几率，
甚至会导致频繁的宕机现象；另一方面，会导致数据中心、
过度冷却，而且大大降低了冷却系统的冷却效率，
使电源使用效率（PUE ）居高不下。针对数据中心的温度控制问题，
国家相关部门制定了相应的规范进行管理。GB50174-2017
《数据中心设计规范》对数据中心的工作温度作出了明确要求：A/B 级机房，温度23±1摄氏度；
C 级机房18-28摄氏度[2]
。综上所述，
对于数据中心的温度进行全面的温度监测是非常必要的。目前使用的温度监测手段很多，
都有一定的局限性，
简介如下：①热敏电阻、热电偶、单总线数字温度传感器等电子温度探头，其测温相对准确，育苗杯
但易受电磁干扰，
测温稳定性差；②分布式光纤测温系统设备（DTS ），布设复杂， 定位精度相对较差，易于错区。本文提供了一种基于光纤光栅温度传感技术的数据中心温度实时监测预
警系统，可以全面、真实、可靠的每套机柜的温度信息，
及时捕捉服务器机柜的“热点”
现象的出现，进而实现数据中心的精准温控。此外，除了数据中心服务器的机柜温控外，还可以对UPS 配电室、
蓄电池、电缆桥架等处温度进行实时监测。
1光纤光栅温度传感原理
光纤光栅是一种波长反射型光纤无源器件。研究表明[3]
：
假设应变和温度分别引起Bragg 波长的变化是相互独立的，则在两者同时变化的情况下，
Bragg 波长λB 的变化可以表示为：
ΔλB λB
=（1-P e ）ε+（α+ζ）ΔT （1）式中，P e 为有效弹光系数，P e =n eff 2
（P 12-ν（P 11+P 12））/2，其中P 11、
P 12为弹光系数，ν为光纤泊松比，ε为轴向应变，α为热光系数，ζ为热膨胀系数，ΔT 为温度的变化量。一般情况下，光纤光栅温度传感器让光纤光栅形成一个弧度，
去除应变的影响，
于是：ΔλB λB
=（α+ζ）ΔT （2）因此，光纤光栅温度传感器的中心反射波长值随光纤光栅所受环境温度的变化而变化，并具有良好的线性关
系，实现了温度信息和光波长绝对映射，
而对光波信号的光强度变化不敏感，
因此，采用光纤光栅作为温度敏感元件可以获得较高的测量精度，
并具有良好的可靠性和稳定性。鉴于此，
基于光纤光栅传感技术的温度实时监测系统在温度测量领域中倍受青睐，
在数据中心温度测控应用中也具有无与伦比的优势。
2数据中心温度实时监测预警系统构成
基于光纤光栅温度传感技术的数据中心温度实时监
测预警系统主要由光纤光栅温度传感器、
光纤光栅测温报警主机、通信光缆、系统工作站、
配套的数据中心温度在线监测预警系统软件以及光纤配线架、
交换机等配套设备组成，
其系统构成图如图1所示。光纤光栅温度传感技术在数据中心温控领域中的应用研究
——
—以东山精密数据中心项目为例Application of Fiber Bragg grating(FBG)Temperature Sensing Technology in the Field of the Data Center
Temperature Control:
Take Dongshan Precision Data Center Project as an Example
姜海军JIANG Hai-jun
（上海鑫融网络科技股份有限公司，上海200030）
（Shanghai XinRong Network Science &Technology Holding Co.，Ltd.，Shanghai 200030，China ）
摘要：目前我国数据中心“热点”现象频现、电源使用效率（PUE 值）居高不下，
而缺乏有效的温度监测设备，本文提出并验证了一种基于光纤光栅温度传感技术的数据中心温度实时
监测预警系统，
及其在数据中心温度控制领域中应用的可行性与优越性。该系统在东山精密数据中心投入使用后，数据中心的电源使用效率（PUE 值）为1.21左右，达到了非常好节能效果，
并且有效避免了“热点”效应的出现。
Abstract:In view of the current situation of China,that frequent "hot spots"in the data center,the high value of power use efficiency (PUE value),and the lack of effective temperature monitoring equipment,this paper proposes a monitoring system with FBG temperature sensing technology,and shows the feasibility and advantage of its application in the field of data center temperature monitoring.After the system is put into use in date center of Suzhou Dongshan Precision Manufacturing Co.,Ltd,the power use efficiency (PUE value)of the data center is about 1.21，which achieves a very good energy-saving effect and effectively avoids the "hot spot"effect.
阿比丹 艾山关键词：光纤光栅；温度传感技术；数据中心；温控领域；“热点”
现象Key words:fiber Bragg grating(FBG)；temperature sensing technology ；data center ；temperature control field ；hot spot 中图分类号:TN253文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023）02-142-04doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.02.045
图2BJ-FBG1600型光纤光栅测温报警主机图片
图3单支BJT011型光纤光栅温度传感器
该系统的主要工作流程如下：
①分别将光纤光栅温度传感器安装在数据中心的服
务器机柜内部的进风口、出风口位置，
用于测量各个服务器机柜的温度信息；
②将光纤光栅温度传感器安装在UPS 的风扇进风口、出风口位置，
用于测量UPS 的温度信息；③将光纤光栅温度传感器安装在蓄电池组货架的上方，
实时监测蓄电池的温度信息；
④将光纤光栅温度传感器安装在配电柜的静触点接头位置，
用于测量配电柜电缆接头的温度信息；⑤光纤光栅测温报警主机安装在监控室内，
数字光纤直放站
测量各个光纤光栅温度传感器的波长信息，
进而解调出各个测点的温度信息；
⑥将实测的温度数据通过通讯网络传输到系统工作站，然后通过数据中心温度在线监测预警系统
软件进行数据处理、分析、
显示和存储等工作，并发出相应的报警指令；
⑦不同测点的温度报警信息用于指导数据中心配置的精准温控空调，动态调整其制冷温度以及出风
量，对数据中心的服务器机柜温度进行精细化温控，
避免形成“热点”
现象；⑧数据中心管理人员可以对实测数据、报警信息等进行实时访问与查询。
3数据中心温度实时监测预警系统设备简介
BJ-FBG1600型光纤光栅测温报警主机是一款具有波
长测量精度高，
长期可靠性和稳定性好光纤光栅温度传感解调设备，
满足GB16280-2014《线型感温火灾探测器》[4]
。可用于对接入各通道的光纤光栅传感器进行数据采集和
存储，配备标准的以太网口，
满足Modbus/TCP 通信协议，可以通过计算机进行参数配置、数据采集、存储、分析、处理等功能。其实物图片如图2所示，
其光学通道数为32，采样频率：同步采集速度为25Hz ；波长测量范围：1525~
1565nm ；
工作温度范围：-5℃~+50℃。BJT011型光纤光栅温度传感器，外壳为不锈钢，具有耐磨、防锈功能，而内芯为紫铜材料，导热速度快，使温度传感器的热响应速度快，可以24个传感器串联在一通道
里，实现准分布式温度测量，
其测量精度可达±0.5℃，具有测温精度高、
定位精度高、响应速度快、布设简单等诸多优点，完全可以满足数据中心温度监测的技术需求。其传感器和传感器串的实物图片分别如图3和图4所示。
4东山精密数据中心项目应用案例分析4.1东山精密数据中心简介
东山精密数据中心项目建设面积约1200平方米，
分图1系统构成图
数据中心温度实时监测
预警平台
CPRS 报警运维人员
系统工作站
手机客户端
核心交换机
防火墙
远程监控中心
光纤光栅测温报警主机
光纤配线架
精密空调控制系统
服务器机房
监控室
汽车门把手精密空调服务器机柜UPS
配电柜
电池架
光纤光栅温度传感器
图8
服务器机柜前面板布设情况
agagcl参比电极图5东山精密数据中心鸟瞰图
图6
封闭冷通道原理示意图
为核心服务器机房区域、网络机房区域、配电区域、操作
室、
消防间、ECC 控制中心等区域，其鸟瞰图如图5所示。东山精密数据中心项目采用了封闭冷通道制冷方
案[5]
，
其原理示意图如图6所示。其中，
核心服务器机房由3个冷通道组成，共有78台服务器机柜。本文采用光纤光栅温度传感技术重点对78
台服务器机柜的进风口、出风口温度进行实时监测，
并根据测量得到的温度信息，为各个服务器机柜提供精准的温控方案。
4.2设备现场布置情况
1台FBG1600型光纤光栅测温报警主机安装在数据中心的监控室中的机柜内，而光纤光栅温度传感器分别安
装在待测机柜的进风口和出风口位置上。
在每个机柜的前面板（即进风口）
左右两侧的高度在1.4-1.6m 之间的位置分别布设一支光纤光栅温度传感器，
共2支传感器；而在后面板（即出风口）左右两侧各设置一个温度监测点位，在
21U-22U 之间位置分别布设一支光纤光栅温度传感器，
共2支传感器。
光纤光栅温度传感器的具体布设情况如图7所示。
现场安装图片如图8和图9所示。
综上所述，在东山精密数据中心的每个服务器机柜中
布设4支光纤光栅温度传感器，
共布设了312支光纤光栅温度传感器。
4.3现场运行情况分析
基于光纤光栅温度传感技术的数据中心温度实时监
测预警系统在现场运行一段时间之后，
随机选取了一个冷通道中的两台服务器机柜，
分别为2#服务器机柜和5#服务器机柜，
其温度实时监测数据，经数据处理分别如图10和图11所示（纵坐标单位为：℃，横坐标为时间）
。从图10和图11中可以得出如下结论：
①两个服务器机柜的进风口、
出风口温度的变化趋势图4BJT011
美蛙养殖
型光纤光栅温度传感器串
图7服务器机柜中传感器布设位置图
前面板
后面板
图115#服务器机柜进风口、出风口温度趋势对比图图102#服务器机柜进风口、出风口温度趋势对比图
基本一致，
说明空调起到了良好的制冷作用；②当出风口温度超过某一阈值时（设定阈值：27℃），即可加大通风量，使温度回到数据中心要求的温度范围内；
③当出风口温度低于某一阈值时（设定阈值：25.5℃），
即可减少通风量，使机柜温度回升至数据中心要求的温度
范围；
④触发阈值条件后，
温度控制有时会有延迟，是由于温度过冲以及精密空调制冷的调整时间导致的；⑤通过本系统温控措施可以使服务器机柜内温度维持在25℃到27℃之间范围内。因此，该系统可以实时监测各个服务器机柜的发热情况，智能调整制冷方案，进而达到制冷节能的目的。该系统投入使用1年多时间以来，东山精密数据中心的PUE 值为1.21左右，达到了非常好节能效果，并且有效避免了“热点”效应的出现。
5数据中心温度实时监测预警系统特点
①安全性高。传感器为全光纤型，
本质安全，现场无需供电，不受电磁干扰影响，
可以在强电磁干扰等复杂电磁环境中应用。
②可靠性高。温度信息对波长直接编码，
测量精度高，可根据波长精确定位。
③准分布式测量。波分复用测量，
在单根光纤上可串联多个监测点（典型值：
24只），测点数多，间距可以调整，可以根据现场需求定制。
④响应速度快。光纤光栅温度传感传感器采用紫铜内芯，导热速度快，热响应速度快。
⑤安装方便。光纤光栅温度传感器可以通过扎带绑
扎，安装简单，施工方便。
⑥先进性高。本系统采用1台32通道光纤光栅测温报警主机最多可实现768个温度监测点的温度实时监测，
维护管理简便，
占服务器机柜的空间极小。光纤光栅温度传感器均为波长直接编码，测温精度高，
空间定位准确。本系统可以获得全面、
真实、可靠的每套机柜的温度信息，可以为数据中心的制冷分配提供数据支撑，对精密
空调的制冷温度与出风量进行智能调节，
使数据中心达到最佳冷却状态。一方面，
该系统可以延长IT 硬件的使用寿命，
降低服务器发生故障的风险，为数据中心的正常运行提供保障；另一方面，
该系统还可以降低冷却设施的负荷，降低电源使用效率值，
达到节能的目的，进而降低数据中心的运营成本。
6结论与展望本文以我国数据中心
“热点”现象难以控制，电源使用效率居高不下，
迫切需要进行精准温控、节能降耗的现实需求为索引，
提出并验证了一套基于光纤光栅温度传感技术的数据中心温度实时监测预警系统，具有准分布式测
量、测温精度高、
热响应速度快、定位准确、不受电磁干扰、安装简单等诸多优点，
完全可以满足数据中心温度监测的需求。此外，光纤光栅温度传感技术还可以应用在数据
UPS 配电室进出风口、
电缆接头处以及蓄电池室的蓄电池的温度监测。
综上所述，
基于光纤光栅温度传感技术的数据中心温度实时监测预警系统在数据中心温度控制领域中具有良
好的推广前景，
不仅可以大大提高数据中心正常运转的能力，还可以将电源使用效率控制在较低水平，为建设可靠、低碳、
绿、节能的数据中心提供有力的技术支撑。参考文献:[1]姜志刚.数据中心温度感知任务调度技术研究[D].南京大学，2014.
[2]GB 50174-2017，数据中心设计规范[S].
[3]焦明星，
赵恩国.光纤Bragg 光栅应变、温度交叉敏感问题解决方案[J].应用光学，2003（02）：20-23，33.
[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、
中国国家标准化管理委员会.线型感温火灾探测器：GB 16280-2014[S].2014.
[5]徐伟伟.
数据中心机房空调气流组织研究[D].北方工业大
学，
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