光纤测温技术应用在数据中心的调查报告

科技 2024-12-26 12:17 北京

一、国内外与光纤测温相关的标准和规范

● GB21197‐2007《线型光纤感温火灾探测器》

● GB 16280‐2014 《线型感温火灾探测器》

● 电力行业标准 DL/T 1573‐2016 《电力电缆分布式光纤测温系统技术规范》

● 中国军用标准 SJ20832‐2002《光纤温度传感器通用规范》

● IEC 61757‐2016 《Fibre optic sensors》

● SEAFOM‐MSP‐01‐2016

《Measurement Specification for Distributed Temperature Sensing》

二、分布式光纤测温的原理及应用现状

光纤测温系统的全称是分布式光纤温度在线检测系统（ Distributed Temperature Sensing ‐ DTS ）于1980 年诞生于英国的Southampton 大学，是一种利用激光在光纤中传输时产生的背向拉曼散射信号、根据光时域反射原理（Optical Time‐Domain Reflectometer ‐ OTDR，一种通信电缆测试技术）和雷达工作原理来获取空间温度分布信息和空间定位信息的监控系统。是近年发展起来的一种用于实时监控温度场的高新技术。它能够连续测量光纤沿线所在处的温度，可对测量距离最大在 60 公里的范围，空间定位精度达到一米的数量级，将一条数公里乃至数十公里长的光纤（光纤既是传输媒体，又是传感媒体）铺设到待测空间，可连续测量、准确定位整条光纤所处空间各点的温度，通过光纤上的温度的变化来检测出光纤所处环境变化，特别适用于需要大范围多点测量的应用场合。

测温系统工作过程

当激光脉冲在光纤中传输的过程中与光纤分子相互作用，发生多种形式的散射，有瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。这里提出的光纤测温原理是依据背向拉曼散射的温度效应。由于瑞利散射对温度不敏感；布里渊散射对温度和应力都敏感，容易受外界环境干扰，影响测量的准确度；拉曼散射效应可以用入射光与散射介质的相互作用、能量转移加以解释，入射光与散射介质发生非弹性碰撞，在相互作用时，入射光可以放出或吸收一个与散射介质分子振动相关的高频声子，称作为斯托克斯光(Stokes)或反斯托克斯光(Anti—Stokes)。长波一侧波长为λs(λs=λo+△λ)的谱线称为斯托克斯线(stokes)，短波一侧波长为λa(λa=λo 一△λ)的谱线称为反斯托克斯线，其中斯托克斯光与温度无关，而反斯托克斯光的强度则随温度变化。测量入射光和反射光之间的时间差，可得发射散射光的位置距入射端的距离，这样就实现了分布式的测量。

光纤测温系统组成

● 测温主机：是系统的核心组成部分，其主要功能是实现信号的发射、接收、滤波、放大和信息处理、数据分析和输出。

● 感温光纤：光纤既是信号传输通道，又是传感元件。

● 上位机：是实现系统的数据处理、显示、储存和打印以及外部其它功能的扩展。

光纤测温系统的特点

与传统的测温方式相比较，分布式光纤测量系统具有以下技术优势：

● 实时性：实时在线监测；

● 连续分布式测量，可以连续的获得沿探测光纤几十公里的测量信息；

● 抗电磁干扰，在高电磁环境和振动环境中可以正常的工作；

● 光纤传感器由于完全的电绝缘，本身不通电，可以防雷击和抵抗高电压和高电流的冲击；

● 灵敏度高，测量精度高，空间定位精度达到一米的数量级，温度测量精度可达0.01 度；

● 光纤具有耐腐蚀、耐高温、耐潮湿及寿命长的特性，通常可以服役 30 年。综合考虑传感器的自身成本以及以后的维护费用，使用光纤传感器可以大大降低整个工程的最终经营成本。

光纤测温系统的应用现状

目前，在很多场合下，温度已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化都直接反映在温度的升降上，因此对温度的监测的意义越来越大。随着光纤测温应用技术的发展，光纤测温系统是目前世界上最先进、最有效的连续分布式温度监测系统。

分布式光纤温度监测系统已经应用在包括数据中心在内的很多领域：

空间场所的温度监控和火情监测：适用于地铁、隧道、桥梁、地下车库、危险品仓库、粮仓等空间的温度监测及火灾预警。

石油化工领域的泄漏和温度监控：适用于输油、输气管道；化工企业的流体输送管道的渗漏监测和大型油、气密封贮罐的温度和渗漏监测。

电力装置的温度监测：适用于高压输、配电电缆，动力电缆（尤其是连接处）、高压变电柜等电力设施的温度监测及火灾预警。

水利工程的渗漏和温度监控：适用于大坝、堤坝（岸）场合的渗漏监测；大坝混凝土固化温度的监控和面板长期的温度监控。

港口动力装卸设备的温度监控：适用于港口皮带长廊、推车机、定位车、翻车机的动力装卸设备的温度监测及火灾预警。

地下探测：适用于探测地热电厂、地热井的水流和温度的变化来取得相关信息；监控地下水位和水的纯度；其它地质勘探的应用。

场、矿的温度检测：适用于监测废料、物料堆放场、各类矿场的温度分布和变化，检查废物、污水处理场密封层的泄漏，对环境保护有重要意义。

目前光纤测温技术还应用到军工、航空、航天、科研等其他领域。

不完全统计的 DTS 数据中心解决方案

根据网络搜索，目前统计到的，能提供DTS 数据中心解决方案的厂家如下：

A、2012 年富士通在东北电力的数据中心应用光纤多点测温技术（号称全球首次在数据中心大规模部署光纤测温）

富士通已经与东北电力公司和东北信息系统公司（Tohoku Electric Power Co.,Inc. and Tohoku Information Systems Co., Inc.）合作，在东北电力集团数据中心实施了一个细化、温度分布可视化系统。使用从生成的可视化得到的结果，公司完成了优化数据中心空调耗电量的试验。

温度分布可视化基于富士通实验室开发的光纤多点温度感应技术，是全球首次大规模地将该等技术部署在数据中心。温度分布可视化能够大大改善数据中心空调的效率，从而预计可以减少耗电量20%，相当于350,000 kWh 或120 吨一氧化碳排放。

B、美国 Berkshire Photonics 公司

Berkshire Photonics LLC是一家专业光纤公司，致力于为客户提供高品质的专业和定制光纤部件和产品。

Berkshire Photonics LLC 有完整的光纤分布式温度感测（ DTS ）系统。

C、日本住友电工：数据中心温度管理系统

D、香港光传感有限公司

光傳感有限公司致力發展高敏光學感應系統，如對分佈式感溫系統進行專業研發、製造、市場推廣及維修保養。本公司提供的方案及服務，主要用作確保電力能源供應，以及能同時對火警作出監測。我們的分佈式感溫系統可應用於母線槽系統及可舖設光纖的地方，作為實時溫度監測之用。

本公司現時亦是香港科技園公司的創業培養計劃成員。

E、德国 LIOS 公司

LIOS 技术有限公司，总部位于德国科隆，在开发和生产目前最先进的基于频域的分布式温度监测系统方面处于全球领先地位。LIOS 技术有限公司的分布式温度传感产品线包括各种实时的线性光纤温度传感设备。在致力于创新性开发线性光纤传感工业的基础上，我们为各个产业的客户量身定制现代化的资产管理和整体设备环境监测方案。

F、上海光维通信技术股份有限公司（10 个数据中心案例）

我们已经将分布式光纤温度传感技术应用于数据中心，以精细化监测与管理为着眼点，通过实时采集数据中心的温度、湿度、风速、动力、气体、粉尘等信息，图形化再现数据中心动力线路、机房环境、机柜微环境的热量与环境参数分布，实现数据中心的精细化远程监管，为数据中心提供一种完全不同于传统供电安全、热量管理和空气洁净的整套解决方案。

三、光纤测温与传统测温的对比

对比数据来源厂家提供的技术文件，没有实际实验数据。由于各厂家的产品不同、技术能力不同，因此对比表不能反映两种技术的优劣。分布式光纤测温技术以上海光维通信为例，点式测温技术以共济科技的TH‐03 温湿度传感器为例。

性能对比

应用方式对比

施工工艺对比

工程造价对比

以下价格是估算，可能与实际误差较大，仅供参考。

传统温湿度传感器工程造价：

分布式光纤测温工程造价：

四、DTS 与环控的集成方法

综合各厂家的产品资料，分布式测温主机均可提供通信接口。主要包括：

TCP/IP、RS485 等。DTS 测温集成到动环系统可通过以上接口实现。

1、通过 485 总线通信；

2、通过 TCP/IP 网络。

五、厂家汇总

由于分布式光纤测温系统有明确的国家规范，因此目前各个行业已经有较多应用。国内有很多的生产厂家。下表汇总了56 个国内外的相关厂家。

分布式光纤测温厂家汇总表

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