CN102768083A - Cpu温度检测装置及利用其得到cpu温度的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了CPU温度检测装置及利用其得到CPU温度的系统，该CPU温度检测装置包括一个或多个感知模块，每个感知模块都包括一个组合光纤光栅感知元件，在CPU的散热片底座上开一道微型凹槽，将组合光纤光栅感知元件固定到微型凹槽中，组合光纤光栅感知元件与普通光纤进行级联，然后通过环形耦合器与其他组合光纤光栅感知互联以构成分布式光纤传感阵列。该系统还包括超辐射发光二极管、环形器、解调模块、光电转换和信息调理模块、信号处理模块和显示模块。本发明通过将光纤传感技术创造性地引入服务器散热测试领域，实现了多台服务器同时在线完成CPU散热测试，可完成的测试样本指标增多，测试的周期得以压缩，测试的效率得以较大提升。

Description

CPU温度检测装置及利用其得到CPU温度的系统

技术领域

本发明涉及一种CPU温度检测装置及利用其得到CPU温度的系统。

背景技术

现代高性能服务器无论在系统集成密度还是运行速率等性能参数方面都有了质的飞跃，而随着服务器性能指标的提升，其功耗等级也相应地增加。因此，需要采取有效的控制策略，对服务器功耗水平、散热指标进行有效评估，进而指导研发的产品进一步进行优化设计。

通常，服务器厂商在研发某一款具体产品或对所设计的产品进行优化过程中，需要对主板上的CPU进行散热实验，以评估其设计的主板是否符合散热测试标准，有助于设计的系统运行在稳定的工作环境中，防止由于设计缺陷造成主板运行过程中出现CPU过热降频、系统蓝屏、CPU有效使用寿命减短等现象的发生。

以intel和AMD为代表的两大x86芯片厂商，常将功耗或散热量这两者中任一指标纳入使用其研发的CPU系列产品性能评估体系，分别提供了以TTV(Thermal Test Vehicle)和TTK(Thermal Test Kit)为代表的CPU散热测试平台，以帮助其下游服务器或PC厂商衡量其设计的主板是否满足功耗要求，从而确保主板上安装的CPU稳定地工作。

其中，TTV是intel推出的一系列模拟真实CPU发热的散热性能仿真测试平台，采用特殊的加工工艺在其表面铜盖开槽，在低温焊接条件下，将热电偶焊接至仿真CPU中心用于检测仿真CPU表面温度，结合CPU散热器进风口布设的温度传感器检测的温度值和CPU功率，可以换算出热阻数据，进而对设计的系统进行有效评估。此外，TTK是AMD推出的一款类似于TTV的散热测试平台，其采用真实测CPU，其具体工作原理与TTV类似，通过在待测主板上运行特定的压力测试软件，热电偶将CPU表面温度转换为热电动势，通过查表法查找两者函数关系，从而计算出CPU的实时功率，进而通过获取的数据对设计的系统进行间接的评估。

然而，无论是TTV还是TTK测试平台，均需要在CPU顶部开槽，为了减少由于开槽给CPU带来的机械损伤，部分厂商甚至在CPU散热器底座开槽方式安装温度检测传感元件。无论是TTV或TTK测试平台还是与CPU接触的散热器底部开槽方式，均需通过热电偶与专业的数据采集分析模块互联，再将获取的数据在LCD或CRT显示器上显示出来，将CPU表面温度转化为热电动势，根据热电动势与温度、功耗的对应，间接衡量出系统性能。

这些方案具有以下缺点：传统CPU散热测试方案采用的机电类温度传感器分辨率较低、反应较慢，难以胜任温度微变的检测；采用的数据采集分析模块通道少，服务器或PC厂商只能针对某一批次部分主板样品逐一进行抽检，导致采集的样本较少，很难将同一批次主板的功耗性能完整地呈现给研发人员；在具体测试过程中，数据采集模块每一通道只能与一路热电偶传感器互联，且完成一批样品的测试周期较长，严重影响项目进度；检测温度的机电传感器容易机箱复杂电磁环境的影响，造成测试数据与真实值之间存在一定的偏差；测试过程中，测试人员需要在现场全程参与，而长期工作在实验室特殊噪声环境下，测试人员的身心健康无法得到有效保障。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种CPU温度检测装置及利用其得到CPU温度的系统，能够同时检测多个样本，减少测试周期并提高测试效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种CPU温度检测装置，包括：一个或多个感知模块，每个感知模块都包括一个组合光纤光栅感知元件，其中，在CPU的散热片底座上开一道微型凹槽，将组合光纤光栅感知元件固定到微型凹槽中，以及将组合光纤光栅感知元件与普通光纤进行级联，然后通过环形耦合器与其他组合光纤光栅感知元件互联以构成分布式光纤传感阵列。

优选地，组合光纤光栅感知元件由两段硅锗布拉格光纤光栅组成，这两段硅锗布拉格光纤光栅具有相同周期且具有不同的掺杂材料。

优选地，组合光纤光栅感知元件由一个长周期光纤光栅和一个布拉格光纤光栅组成。

优选地，组合光纤光栅感知元件通过在掺杂不同元素的光纤光栅上写入一个布拉格光纤光栅来形成，其中，光纤光栅掺杂有铒和铱。

优选地，组合光纤光栅感知元件通过对两个布拉格光纤光栅进行不同程度的拉锥处理来形成。

优选地，采用导热硅胶将组合光纤光栅感知元件固定到微型凹槽中。

根据本发明的另一方面，提供了一种利用上述CPU温度检测装置来得到CPU温度的系统，包括：超辐射发光二极管，用于发出光束；环形器，用于将光束耦合至CPU温度检测装置并将从CPU温度检测装置反射回所述环形器的光束传送至解调模块；解调模块，用于对从环形器接收的光束进行滤波；光电转换和信息调理模块，用于将经过解调模块滤波的透射光波转换为电流且随后转换为电压，再对转换为电压的光电信号进行预处理；信号处理模块，用于进行数据采集并生成控制信息，使数据采集和解调模块的可调谐锯齿波的扫描频率同步，并且对采样后的数据进行滤波降噪处理；以及显示模块，将每个通道的数据从数据码流中分离出来，并实时显示在显示器上。

优选地，解调模块中采用边缘滤波法、CCD分光计法或干涉法。

优选地，通过光纤耦合器或波分复用器代替环形器。

本发明通过将光纤传感技术创造性地引入服务器散热测试领域，实现了多台服务器同时在线完成CPU散热测试，可完成的测试样本指标增多，测试的周期得以压缩，测试的效率得以较大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的温度检测系统的原理图；以及

图2是根据本发明实施例的温度检测系统的电路框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对服务器或PC厂商通过CPU散热测试，对主板功耗进行间接评估过程中，检测样本数量小，耗费周期长，采用机电传感器分辨率低，需要散热工程师测试现场全程参与，在一定程度上影响散热工程师在第一时间将主板功耗信息准确、直观地反馈给相关服务器研发人员，帮组其及时对设计缺陷进行修正。

以光纤为基础，采用特定工艺对纤芯轴向进行周期性调制，而衍生出的布拉格光纤光栅(Bragg Fiber Grating，FBG)，作为一种新型无源的感知元件，具备体积小、抗电磁扰动、灵敏度高、动态范围广、能实现多参量分布式测试等优点。以FBG作为感知元件，应用于服务器主板CPU散热测试领域，FBG将CPU表面的温度、应力(由散热风扇引起的振动)等参量信息转换为光纤纤芯中心波长折射率和光栅栅格间距(周期)的变化，进而转化为FBG中心波长的漂移，结合相应的解调模块和信号处理模块，通过检测波长的漂移量间接感知参量信息的变化，从而实现服务器主板批量分布式全光测试，有效提高散热工程师的工作效率，对任何一款服务器产品及时投产起着巨大的推动作用。

图1是根据本发明实施例的温度检测系统的原理图。

参照图1，系统工作原理如图所示，宽带光源超辐射发光二极管(SLEDSource)发出的光束，经环形器后耦合至FBG传感器阵列，完成梳状滤波。在此过程中，光纤光栅传感信号进行波长编码(即温度和应力等参量信息的变化转化为FBG反射谱线中心波长的漂移)。依据FBG耦合模式理论，只有当光束与其传感阵列中第i个组合传感元FBGi+FBGi’(i，i’＝0，1，...，n)谱线波长一致时，才被反射回环形器，进而经外界传感参量信息调制过的光束进入可调谐Fabry-Perot滤波器(FFP-TF)。锯齿状扫描电压可对FFP-TF腔长进行周期性扫描，在每个锯齿波扫描周期内透射传感谱线随电压的增加发生红移，当FFP-TF透射波峰与FBG组合传感元反射谱线二者完全重合时，其透射光强达到最值。完成解调的传感信号经过光电检测模块及其辅助电路进行光电转换和信号调理后，之后送入数据采集模块(A/D)进行离散采样和量化，获取的离散传感数据送至与数据采集模块相连的服务器(Server)进行后续处理。

图2是根据本发明实施例的温度检测系统的电路框图。

参照图2，具体描述各个模块的操作。

首先描述感知模块，本发明采用光纤熔接机将具有相同周期(反射谱线中心波长相同)由不同掺杂材料的2段尺寸相同的硅锗Bragg光纤光栅(FBGi+FBGi’，i＝1，2，...，n)组合为CPU封装表面温度的感知元件，由于FBGi与FBGi掺杂材料不同，当CPU封装表面温度和附加在鳍型散热片上的风扇转动引发的扰动(振动)噪声发生变化时，组合感知元件的反射谱线由1个谱峰裂变为2个谱峰，分别发生不同程度的红移或蓝移(即谱线中心波长分别向长波或短波方向移动，具体由掺杂材料决定)，从而克服传统FBG交叉敏感问题(无法同时区分温度、应力等多个参量信息)，通过反射谱线与对应的温度和应力变化关系，可间接感知CPU封装表面温度。采用特殊的机械加工工艺，在CPU鳍型散热片底座上开一道微型凹槽，将特定中心波长的FBG传感器敷设于凹槽内，采用导热硅胶予以固定，不同中心波长FBG组合感知元件与普通的光纤进行级联，通过环形耦合器(Coupler)与其它FBG传感器互联，构成分布式光纤传感阵列，可实现多CPU封装表面温度监控阵列。

接下来，描述解调模块。解调模块采用可调谐Fabry-Perot滤波器(FFP-TF)，当作为感知模块的光纤传感阵列将经CPU散热量和风扇振动产生的应力调制后的反射光波耦合至F-P滤波器，同时采用可调谐锯齿波(Sawtooth)对F-P滤波器的腔长进行扫描，当F-P滤波器的透射波长与感知模块中的传感阵列一致时，透射光强达到最大值。

接下来，描述光电转换和信号调理模块。光电转换和信号调理模块采用PIN管、APD管或CCD阵列将经解调模块F-P滤波后的透射光波转换为电流，再通过转换电路转为电压，之后通过限幅放大、滤波处理等对光电信号进行预处理。

接下来，描述信号处理模块。信号处理模块可采用ARM、DSP+FPGA或专业数据采集卡等完成数据采集，同时生成控制信息，使数据采集模块和解调模块可调谐锯齿波的扫描频率同步。此外，通过设计相关算法，对采样后的数据进行滤波降噪处理。

最后，描述显示模块。显示模块在远端监控中心(control room)服务器(server)通过编写应用层程序，将每通道互联主板的数据从采集到的数据码流中分离出来，并实时显示在CRT、LCD、LED阵列上，同时可以根据具体需求，建立数据库，对采集的温度信息进行实时存储，便于研发人员进行后续分析。此外，可以通过对采集获取的大量数据进行建模，通过模糊控制、神经网络等智能算法建立智能评估系统，自动完成对测试数据有效评估。

上述信号处理过程对本领域技术人员是已知的，因此本文仅进行了简要描述，本领域技术人员应该理解，除上述处理方式之外，还可以采用任何能够对来自光纤光栅传感器阵列的光束进行处理的方式。

本发明通过采用FBG分布式测量，使得参与检测的样本增多，能较为全面地将同一系列主板的功耗呈现给研发工程师；将传统的单一主板测试转变为分布式多块主板同时在线测试，测试周期明显得以减短；由于其采用的传输介质为光纤，可通过增加其有效距离，在远程对测试过程进行实时监控；在监控CPU封装表面温度变化的同时，可对CPU表面辅助散热风扇造成的扰动进行实时记录，在优化系统散热的同时，有助于升级系统噪声控制策略，另外采用智能评估系统，能将散热工程师从测试数据分析的繁琐过程解放出来，散热工程师的身心健康得到切实保障。

注意，上面仅描述了本发明的示例性实施例，但应该明白，本发明还可以采用其它结构、方法等。例如，为了克服FBG传感器对外界参量信息交叉敏感问题，可采用其它类型的光栅进行区分组合，诸如LPFG(长周期光纤光栅)+FBG等，或者在掺杂不同元素(同时掺有铒/铱)的光纤光栅上写入一个FBG，或者对FBG进行不同程度的拉锥处理。

此外，还可以通过光纤耦合器(coupler)或者波分复用器取代光纤环形器(circulator)光与FBG传感阵列互联；并且在解调模块中可以采用边缘滤波法、CCD分光计法、干涉法等方法。此外，远程监控可以通过传统的Ethernet作为传输介质配合相应的应用程序实现。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过技术关键点：将光纤传感技术创造性地引入服务器散热测试领域，实现了多台服务器同时在线完成CPU散热测试，可完成的测试样本指标增多，测试的周期得以压缩，测试的效率得以较大提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CPU温度检测装置，其特征在于，所述装置包括：

一个或多个感知模块，每个感知模块都包括一个组合光纤光栅感知元件，

其中，在CPU的散热片底座上开一道微型凹槽，将所述组合光纤光栅感知元件固定到所述微型凹槽中，以及

其中，每个组合光纤光栅感知元件都与普通光纤进行级联，然后通过环形耦合器与其他组合光纤光栅感知元件互联以构成分布式光纤传感阵列。

2.根据权利要求1所述的CPU温度检测装置，其特征在于，所述组合光纤光栅感知元件由两段硅锗布拉格光纤光栅组成，这两段硅锗布拉格光纤光栅具有相同周期且具有不同的掺杂材料。

3.根据权利要求1所述的CPU温度检测装置，其特征在于，所述组合光纤光栅感知元件由一个长周期光纤光栅和一个布拉格光纤光栅组成。

4.根据权利要求1所述的CPU温度检测装置，其特征在于，所述组合光纤光栅感知元件通过在掺杂不同元素的光纤光栅上写入一个布拉格光纤光栅来形成。

5.根据权利要求4所述的CPU温度检测装置，其特征在于，所述光纤光栅掺杂有铒和铱。

6.根据权利要求1所述的CPU温度检测装置，其特征在于，所述组合光纤光栅感知元件通过对两个布拉格光纤光栅进行不同程度的拉锥处理来形成。

7.根据权利要求1所述的CPU温度检测装置，其特征在于，采用导热硅胶将所述组合光纤光栅感知元件固定到所述微型凹槽中。

8.一种利用权利要求1至7中任一项所述的CPU温度检测装置来得到CPU温度的系统，其特征在于，所述系统还包括：

超辐射发光二极管，用于发出光束；

环形器，用于将所述光束耦合至所述CPU温度检测装置并将从所述CPU温度检测装置反射回所述环形器的光束传送至解调模块；

所述解调模块，用于对从所述环形器接收的光束进行滤波；

光电转换和信息调理模块，用于将经过所述解调模块滤波的透射光波转换为电流且随后转换为电压，再对转换为电压的光电信号进行预处理；

信号处理模块，用于进行数据采集并生成控制信息，使数据采集和所述解调模块的可调谐锯齿波的扫描频率同步，并且对采样后的数据进行滤波降噪处理；以及

显示模块，将每个通道的数据从数据码流中分离出来，并实时显示在显示器上。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述解调模块中采用边缘滤波法、CCD分光计法或干涉法。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，通过光纤耦合器或波分复用器代替所述环形器。

Images