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高校与科研院所的分布式光纤传感科研教学仪器

更新时间:2026-09-06 点击量:23

高校与科研院所的分布式光纤传感科研教学仪器

一、行业背景

随着国内新工科建设持续推进,光学工程、测控技术、土木工程、安全科学与工程、能源动力、地质工程等学科,对分布式光纤传感技术的科研与教学需求快速增长。分布式光纤传感集合光学、材料科学、传感技术、电子技术、机械工程多学科交叉知识,既是前沿科学研究方向,同时也是实践教学重要内容。

高校实验室、科研院所承担光纤传感机理研究、算法开发、仿真验证、样机测试、工程模拟实验等工作。传统外购商用工程化解调设备,面向工程项目应用,设备参数固化,底层不开放,难以满足高校科研调参、算法二次开发、教学演示实验的需求;通用实验台大多功能单一,仅能做单一散射机理演示,无法完成DTS拉曼测温、DAS瑞利振动、布里渊应变多机理对比实验;部分进口科研设备价格昂贵,采购周期长,后期维护成本高,制约相关专业课题研究与本科、研究生实践教学开展。

面向高校、研究所的分布式光纤传感科研教学仪器,兼顾科学研究与课堂教学双重定位。硬件参数可配置,底层数据开放,支持二次开发;可完成拉曼DTS、瑞利DAS、布里渊BOTDA等多种散射机理实验;配套教学实验案例、实验指导手册,既可以支撑研究生课题、纵向科研项目,也可用于本科教学演示、课程实验、创新大赛、毕业设计,助力新工科人才培养,为分布式光纤传感行业输出复合型技术人才。本套科研教学仪器适配综合类大学、理工类院校、专科院校、各类科研院所重点实验室。

二、系统总体方案

整套分布式光纤传感科研教学仪器主要包含:脉冲激光光源模块、分光光路单元、光电探测模块、信号采集处理单元、多类型传感光纤、上位机软件、二次开发SDK接口、配套教学实验套件。设备集成DTS拉曼测温、DAS瑞利振动、布里渊应变解调三大核心功能模块,可根据高校实验室预算与研究方向灵活选配模块。

设备分为两种使用模式:科研研究模式、教学实验模式。

科研模式:激光器脉冲宽度、重复频率、采样参数可自主配置;原始光信号完整输出,开放底层数据,支持PythonC语言SDK二次开发,方便科研人员开展降噪算法、信号解调算法、定位算法研究;可开展温度、振动、应变多物理量的标定实验、模拟工程试验。

教学实验模式:内置标准化教学实验案例,可视化光路示意图,软件界面直观展示瑞利、拉曼斯托克斯光、反斯托克斯光、布里渊散射光谱波形。学生可以直观观察不同散射光谱特征,完成基础光学实验、光纤测温实验、光纤振动感知实验、光纤应变标定实验。配套实验讲义,可直接用于课堂教学、学生实训。

核心实验项目清单

1. 光纤基础光学实验:光在光纤中的传输特性,散射光谱观测(瑞利、斯托克斯、反斯托克斯、布里渊光谱)

2. DTS拉曼分布式测温实验:温度标定、温度空间分布测量、温度梯度模拟实验

3. DAS瑞利分布式振动传感实验:外界扰动定位、振动信号采集、事件识别模拟实验

4. 布里渊分布式应变传感实验:光纤拉伸应变频移标定实验、形变模拟测试

5. 模拟工程实验:模拟管道泄漏温度场、模拟结构形变、模拟边坡微震动等仿真试验

6. 算法开发实验:原始数据导出,学生自主编写解调、降噪、定位算法,对比算法效果

三、核心产品优势

7. 科研教学一体化,一机多用

同一套仪器兼顾科研课题研究与本科教学实验,不用分别采购科研设备与教学实验台,节约实验室建设经费;既可支撑纵向课题、研究生毕业论文,又可面向班级开展课程实训。

8. 参数可配置、底层数据开放,支持二次开发

区别工程商用设备参数封闭固化;脉冲宽度、采样率等关键参数可调,原始波形数据导出,配套SDK开发包,方便师生开展算法研究,满足高校科研创新需求。

9. 覆盖三大主流散射机理,实验覆盖面广

同时支持拉曼DTS测温、瑞利DAS振动、布里渊应变,完整覆盖分布式光纤传感主流技术方向,满足光学、土木、安全、地质多学科的实验教学需求。

10. 国产化设备,交付周期短,售后服务本地化

对比进口科研设备,采购成本大幅降低,供货周期短;厂家提供技术培训、实验指导、售后技术支持,方便实验室开展课程建设。

11. 配套完整教学资料,降低老师备课工作量

配套实验指导书、PPT教学课件、典型实验案例;老师可直接用于课堂授课,降低课程开发难度,可支撑课程设计、大学生创新大赛、毕业设计。

12. 可模块化选配,灵活适配不同预算

学校可以根据学科方向,按需选配DTS模块、DAS模块、布里渊模块;预算有限可以先配置基础模块,后期再扩展硬件,保护实验室前期投入。

四、典型应用场景

13. 高校新工科实验室建设

光学工程、测控、土木、安全工程学院,建立光纤传感教学实验室,开展本科课程实验、实训教学。

14. 研究生科研课题平台

用于硕士、博士课题研究,开展光纤传感解调算法、信号处理、传感机理相关科学实验。

15. 科研院所重点实验室

各类研究院所,用于分布式光纤传感样机验证、模拟试验、标定测试。

16. 学科竞赛、大学生创新创业项目

支持大学生创新训练项目、学科竞赛,学生基于开放硬件平台自主开发传感应用。

17. 师资培训、校企联合实验室

搭建校企联合实验室,开展教师培训,推进产学研结合,打通科研成果工程化转化。

五、与商用工程解调设备对比

对比项目

工程商用解调主机

高校科研教学仪器

定位

工程项目现场监测使用

科研+教学,机理研究、算法开发、教学演示

参数设置

参数固化,用户不可修改

激光器、采样参数可自由配置

数据输出

仅输出结果温度/应变,不输出原始光信号

原始波形完整导出,提供SDK二次开发接口

实验功能

无教学演示、光谱可视化界面

内置散射光谱可视化,配套全套教学实验讲义

适用对象

企业工程项目

高校老师、研究生、本科学生实验教学

六、系统配置组成

18. 光纤传感一体化科研教学主机(可选择DTS/DAS/布里渊模块)

19. 配套各类传感光纤、拉伸标定工装、温控模拟工装

20. 上位机分析软件(科研模式+教学演示模式)

21. SDK二次开发工具包

22. 教学资料:实验指导讲义、教学PPT、典型实验案例

23. 技术培训、安装调试服务

七、总结

分布式光纤传感技术是当下多学科交叉前沿方向,国内高校相关专业对于科研教学实验平台需求持续增长。传统商用工程设备不适合机理教学与算法研究,进口科研仪器价格高昂。国产化分布式光纤传感科研教学仪器,兼顾科研创新与实践教学,硬件参数开放,配套完整教学资源,能够支撑高校实验室建设、研究生课题研究以及本科实践教学,助力新工科复合型人才培养,推动光纤传感产学研协同发展。

核心产品

分布式光纤传感科研教学平台、高校光纤传感实验台、DTS/DAS/布里渊科研教学仪器、光纤传感综合实验系统、研究所光纤解调科研样机

技术机理

拉曼DTS测温、瑞利DAS振动、布里渊BOTDA应变、后向散射光谱观测、原始光信号输出、SDK二次开发

实验项目

光纤散射光谱实验、温度标定实验、应变标定实验、振动扰动定位实验、算法开发实验、工程模拟仿真实验

应用单位

高校新工科实验室、光学工程实验室、土木安全实验室、科研院所重点实验室、校企联合实验室

设备特征

科研教学一体机、参数可配置、开放底层数据、模块化选配、国产化实验设备、配套教学讲义PPT

教学场景

本科课程实验、研究生课题研究、毕业设计、大学生创新大赛、师资培训、产学研项目

标书长尾关键词

高校分布式光纤传感教学实验台、研究所光纤传感科研测试系统、新工科光纤综合实验平台、可二次开发光纤解调科研设备

论文摘要关键词

分布式光纤传感;DTSDAS;布里渊散射;高校实验室;科研教学平台;新工科