一、行業(yè)背景

隨著國內(nèi)新工科建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，光學(xué)工程、測控技術(shù)、土木工程、安全科學(xué)與工程、能源動(dòng)力、地質(zhì)工程等學(xué)科，對(duì)分布式光纖傳感技術(shù)的科研與教學(xué)需求快速增長。分布式光纖傳感集合光學(xué)、材料科學(xué)、傳感技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械工程多學(xué)科交叉知識(shí)，既是前沿科學(xué)研究方向，同時(shí)也是實(shí)踐教學(xué)重要內(nèi)容。

高校實(shí)驗(yàn)室、科研院所承擔(dān)光纖傳感機(jī)理研究、算法開發(fā)、仿真驗(yàn)證、樣機(jī)測試、工程模擬實(shí)驗(yàn)等工作。傳統(tǒng)外購商用工程化解調(diào)設(shè)備，面向工程項(xiàng)目應(yīng)用，設(shè)備參數(shù)固化，底層不開放，難以滿足高?？蒲姓{(diào)參、算法二次開發(fā)、教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的需求；通用實(shí)驗(yàn)臺(tái)大多功能單一，僅能做單一散射機(jī)理演示，無法完成DTS拉曼測溫、DAS瑞利振動(dòng)、布里淵應(yīng)變多機(jī)理對(duì)比實(shí)驗(yàn)；部分進(jìn)口科研設(shè)備價(jià)格昂貴，采購周期長，后期維護(hù)成本高，制約相關(guān)專業(yè)課題研究與本科、研究生實(shí)踐教學(xué)開展。

面向高校、研究所的分布式光纖傳感科研教學(xué)儀器，兼顧科學(xué)研究與課堂教學(xué)雙重定位。硬件參數(shù)可配置，底層數(shù)據(jù)開放，支持二次開發(fā)；可完成拉曼DTS、瑞利DAS、布里淵BOTDA等多種散射機(jī)理實(shí)驗(yàn)；配套教學(xué)實(shí)驗(yàn)案例、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊，既可以支撐研究生課題、縱向科研項(xiàng)目，也可用于本科教學(xué)演示、課程實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新大賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)，助力新工科人才培養(yǎng)，為分布式光纖傳感行業(yè)輸出復(fù)合型技術(shù)人才。本套科研教學(xué)儀器適配綜合類大學(xué)、理工類院校、?？圃盒?、各類科研院所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

二、系統(tǒng)總體方案

整套分布式光纖傳感科研教學(xué)儀器主要包含：脈沖激光光源模塊、分光光路單元、光電探測模塊、信號(hào)采集處理單元、多類型傳感光纖、上位機(jī)軟件、二次開發(fā)SDK接口、配套教學(xué)實(shí)驗(yàn)套件。設(shè)備集成DTS拉曼測溫、DAS瑞利振動(dòng)、布里淵應(yīng)變解調(diào)三大核心功能模塊，可根據(jù)高校實(shí)驗(yàn)室預(yù)算與研究方向靈活選配模塊。

設(shè)備分為兩種使用模式：科研研究模式、教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/span>

科研模式：激光器脈沖寬度、重復(fù)頻率、采樣參數(shù)可自主配置；原始光信號(hào)完整輸出，開放底層數(shù)據(jù)，支持Python、C語言SDK二次開發(fā)，方便科研人員開展降噪算法、信號(hào)解調(diào)算法、定位算法研究；可開展溫度、振動(dòng)、應(yīng)變多物理量的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、模擬工程試驗(yàn)。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/span>：內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)案例，可視化光路示意圖，軟件界面直觀展示瑞利、拉曼斯托克斯光、反斯托克斯光、布里淵散射光譜波形。學(xué)生可以直觀觀察不同散射光譜特征，完成基礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)、光纖測溫實(shí)驗(yàn)、光纖振動(dòng)感知實(shí)驗(yàn)、光纖應(yīng)變標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。配套實(shí)驗(yàn)講義，可直接用于課堂教學(xué)、學(xué)生實(shí)訓(xùn)。

核心實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目清單

1. 光纖基礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)：光在光纖中的傳輸特性，散射光譜觀測（瑞利、斯托克斯、反斯托克斯、布里淵光譜）

2. DTS拉曼分布式測溫實(shí)驗(yàn)：溫度標(biāo)定、溫度空間分布測量、溫度梯度模擬實(shí)驗(yàn)

3. DAS瑞利分布式振動(dòng)傳感實(shí)驗(yàn)：外界擾動(dòng)定位、振動(dòng)信號(hào)采集、事件識(shí)別模擬實(shí)驗(yàn)

4. 布里淵分布式應(yīng)變傳感實(shí)驗(yàn)：光纖拉伸?應(yīng)變?頻移標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、形變模擬測試

5. 模擬工程實(shí)驗(yàn)：模擬管道泄漏溫度場、模擬結(jié)構(gòu)形變、模擬邊坡微震動(dòng)等仿真試驗(yàn)

6. 算法開發(fā)實(shí)驗(yàn)：原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出，學(xué)生自主編寫解調(diào)、降噪、定位算法，對(duì)比算法效果

三、核心產(chǎn)品優(yōu)勢

7. 科研教學(xué)一體化，一機(jī)多用

同一套儀器兼顧科研課題研究與本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)，不用分別采購科研設(shè)備與教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，節(jié)約實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)；既可支撐縱向課題、研究生畢業(yè)論文，又可面向班級(jí)開展課程實(shí)訓(xùn)。

8. 參數(shù)可配置、底層數(shù)據(jù)開放，支持二次開發(fā)

區(qū)別工程商用設(shè)備參數(shù)封閉固化；脈沖寬度、采樣率等關(guān)鍵參數(shù)可調(diào)，原始波形數(shù)據(jù)導(dǎo)出，配套SDK開發(fā)包，方便師生開展算法研究，滿足高?？蒲袆?chuàng)新需求。

9. 覆蓋三大主流散射機(jī)理，實(shí)驗(yàn)覆蓋面廣

同時(shí)支持拉曼DTS測溫、瑞利DAS振動(dòng)、布里淵應(yīng)變，完整覆蓋分布式光纖傳感主流技術(shù)方向，滿足光學(xué)、土木、安全、地質(zhì)多學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。

10. 國產(chǎn)化設(shè)備，交付周期短，售后服務(wù)本地化

對(duì)比進(jìn)口科研設(shè)備，采購成本大幅降低，供貨周期短；廠家提供技術(shù)培訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、售后技術(shù)支持，方便實(shí)驗(yàn)室開展課程建設(shè)。

11. 配套完整教學(xué)資料，降低老師備課工作量

配套實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、PPT教學(xué)課件、典型實(shí)驗(yàn)案例；老師可直接用于課堂授課，降低課程開發(fā)難度，可支撐課程設(shè)計(jì)、大學(xué)生創(chuàng)新大賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)。

12. 可模塊化選配，靈活適配不同預(yù)算

學(xué)校可以根據(jù)學(xué)科方向，按需選配DTS模塊、DAS模塊、布里淵模塊；預(yù)算有限可以先配置基礎(chǔ)模塊，后期再擴(kuò)展硬件，保護(hù)實(shí)驗(yàn)室前期投入。

四、典型應(yīng)用場景

13. 高校新工科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

光學(xué)工程、測控、土木、安全工程學(xué)院，建立光纖傳感教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，開展本科課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

14. 研究生科研課題平臺(tái)

用于碩士、博士課題研究，開展光纖傳感解調(diào)算法、信號(hào)處理、傳感機(jī)理相關(guān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

15. 科研院所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

各類研究院所，用于分布式光纖傳感樣機(jī)驗(yàn)證、模擬試驗(yàn)、標(biāo)定測試。

16. 學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目

支持大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、學(xué)科競賽，學(xué)生基于開放硬件平臺(tái)自主開發(fā)傳感應(yīng)用。

17. 師資培訓(xùn)、校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室

搭建校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，開展教師培訓(xùn)，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，打通科研成果工程化轉(zhuǎn)化。

五、與商用工程解調(diào)設(shè)備對(duì)比

六、系統(tǒng)配置組成

18. 光纖傳感一體化科研教學(xué)主機(jī)（可選擇DTS/DAS/布里淵模塊）

19. 配套各類傳感光纖、拉伸標(biāo)定工裝、溫控模擬工裝

20. 上位機(jī)分析軟件（科研模式+教學(xué)演示模式）

21. SDK二次開發(fā)工具包

22. 教學(xué)資料：實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)講義、教學(xué)PPT、典型實(shí)驗(yàn)案例

23. 技術(shù)培訓(xùn)、安裝調(diào)試服務(wù)

七、總結(jié)

分布式光纖傳感技術(shù)是當(dāng)下多學(xué)科交叉前沿方向，國內(nèi)高校相關(guān)專業(yè)對(duì)于科研教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需求持續(xù)增長。傳統(tǒng)商用工程設(shè)備不適合機(jī)理教學(xué)與算法研究，進(jìn)口科研儀器價(jià)格高昂。國產(chǎn)化分布式光纖傳感科研教學(xué)儀器，兼顧科研創(chuàng)新與實(shí)踐教學(xué)，硬件參數(shù)開放，配套完整教學(xué)資源，能夠支撐高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、研究生課題研究以及本科實(shí)踐教學(xué)，助力新工科復(fù)合型人才培養(yǎng)，推動(dòng)光纖傳感產(chǎn)學(xué)研協(xié)同發(fā)展。

核心產(chǎn)品

分布式光纖傳感科研教學(xué)平臺(tái)、高校光纖傳感實(shí)驗(yàn)臺(tái)、DTS/DAS/布里淵科研教學(xué)儀器、光纖傳感綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、研究所光纖解調(diào)科研樣機(jī)

技術(shù)機(jī)理

拉曼DTS測溫、瑞利DAS振動(dòng)、布里淵BOTDA應(yīng)變、后向散射光譜觀測、原始光信號(hào)輸出、SDK二次開發(fā)

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

光纖散射光譜實(shí)驗(yàn)、溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、應(yīng)變標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)擾動(dòng)定位實(shí)驗(yàn)、算法開發(fā)實(shí)驗(yàn)、工程模擬仿真實(shí)驗(yàn)

應(yīng)用單位

高校新工科實(shí)驗(yàn)室、光學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室、土木安全實(shí)驗(yàn)室、科研院所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室

設(shè)備特征

科研教學(xué)一體機(jī)、參數(shù)可配置、開放底層數(shù)據(jù)、模塊化選配、國產(chǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備、配套教學(xué)講義PPT

教學(xué)場景

本科課程實(shí)驗(yàn)、研究生課題研究、畢業(yè)設(shè)計(jì)、大學(xué)生創(chuàng)新大賽、師資培訓(xùn)、產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目

標(biāo)書長尾關(guān)鍵詞

高校分布式光纖傳感教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、研究所光纖傳感科研測試系統(tǒng)、新工科光纖綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、可二次開發(fā)光纖解調(diào)科研設(shè)備

論文摘要關(guān)鍵詞

分布式光纖傳感；DTS；DAS；布里淵散射；高校實(shí)驗(yàn)室；科研教學(xué)平臺(tái)；新工科