翼光测控 · FBG-EDU

高校光纤光栅传感综合教学实验套装 — 从原理验证到创新应用,一核心 + 两参量 + 两装置,构建光纤传感一体化教学平台。

2 通道 · 全光谱解调 温度 + 应变双参量 波长编码 · 理论可验
Overview

产品概述

「翼光测控 · FBG-EDU」是一款专为光电信息科学与工程、测控技术与仪器、土木工程健康监测、能源与动力工程等专业本科及研究生教学打造的模块化、开放式光纤光栅(FBG)传感综合教学实验平台。

产品基于光纤光栅的波长编码传感原理设计——外界物理量(温度、应变等)变化引起光栅布拉格波长漂移,通过光纤光栅解调仪精确检测波长漂移量,实现高精度传感测量。系统集成2 通道 FBG 解调仪与多种传感探头,配合悬臂梁 + 砝码应变测试装置与温度控制器,完整覆盖「FBG 传感原理认知 → 波长漂移观测 → 物理量标定 → 工程应用模拟」全链路。

FBG 传感具有波长编码、绝对测量、多点串联、抗电磁干扰等优势,广泛应用于桥梁大坝、油气管道、航空航天等结构健康监测。本产品将成熟技术引入高校教学,提供从原理认知到系统搭建的完整实训平台。

核心设计理念

原理透明、物理直观 —「一核心 + 两参量 + 两装置」,将宏观物理变化与微观波长漂移直接对应。

一核心

2 通道 FBG 解调仪

实时检测并显示 FBG 反射光谱与峰值波长,支持双通道同步测量与全光谱显示。

两参量

温度与应变

FBG 传感最核心的两大测量物理量;改变温度或载荷,光谱峰实时移动,直观理解波长编码优势。

两装置

温控 + 悬臂梁

温度控制器与恒温槽/加热平台用于温度实验;等强度悬臂梁 + 砝码组用于应变加载实验。

一机多用,跨课程支撑

《光纤传感技术》

FBG 原理、波长解调、温度 / 应变标定

《光电子技术》

光纤光栅光谱特性、波长解调原理

《结构健康监测》

悬臂梁应变监测、温度补偿

《传感器原理与应用》

波长编码传感器、灵敏度标定

《工程力学》

应变与载荷关系、悬臂梁应力分布

完整信号流程

光路部分

2 通道 FBG 解调仪(内置宽带光源 + 光谱扫描)→ 输出 C 波段宽带光(1525~1565nm)

通道 1 · 温度传感

FBG 温度传感器(置于温控装置中)

通道 2 · 应变传感

FBG 应变传感器(粘贴于悬臂梁表面)
返回光 → 解调仪光谱扫描与峰值检测 → RS232 / 以太网上传 → 上位机(光谱 + 波长追踪 + 物理量换算)

物理量加载路径

温度传感实验(通道 1)

温度控制器设定 T → 传感器受热 / 冷却 → ΔλT → 拟合温度灵敏度系数

应变传感实验(通道 2)

悬臂梁 + 砝码加载 F → 表面应变 ε → 传感器随梁变形 → Δλε → 拟合应变灵敏度系数

产品组成

系统组成总览

一、解调系统2 通道 FBG 光纤光栅解调仪 1 台(全光谱,RS232 / 以太网)
二、传感系统FBG 温度传感器 1 只;FBG 应变传感器 1 只(均带出厂标定数据)
三、温度测试装置温度控制器 1 台;恒温槽 / 加热平台 1 台
四、应变测试装置悬臂梁测试台 1 套;标准砝码 1 组;百分表 1 套
五、软件系统上位机软件 1 套(光谱显示、峰值追踪、物理量换算、数据导出)

各模块教学功能详解

1. 2 通道 FBG 光纤光栅解调仪

内置宽带光源与高精度光谱扫描机构,波长范围 1525~1565nm,分辨率 0.25pm,支持 2 通道同步测量。

(1)全光谱显示
  • 实时显示反射光谱曲线,观察峰值波长、3dB 带宽与反射率;调节温度或加载时光谱峰实时移动。
(2)峰值波长自动追踪
  • 自动识别峰值波长,显示精确数值(nm)与波长变化曲线(pm),理解实时监测应用场景。
(3)双通道同步测量
  • 通道 1 接温度传感器、通道 2 接应变传感器,同时显示两通道光谱与波长,对比两参量影响规律。
(4)波长解调分辨率测量
  • 微小步进改变物理量(如 0.5℃ 或 5g 砝码),验证系统波长解调分辨率(典型 0.25pm)。
(5)数据通讯协议认知
  • 通过串口调试助手监测 RS232 数据包,解析波长数据格式,理解上下位机通讯协议。

2. FBG 温度传感器与温控装置

  • 温度传感原理验证:设定 20~80℃ 等多温度点,记录峰值波长,理解热光效应与热膨胀效应。
  • 灵敏度标定:绘制 T-λ 曲线,计算温度灵敏度(典型 ~10pm/℃),验证线性关系。
  • 温度分辨率测量:微小步进升温,观察波长阶跃变化。
  • 重复性与稳定性:反复升降温循环,理解迟滞特性。

3. FBG 应变传感器与悬臂梁测试装置

  • 应变原理验证:逐级加载砝码(0→500g),记录峰值波长变化。
  • 灵敏度标定:绘制 ε-λ 曲线,计算应变灵敏度(典型 ~1.2pm/με),与悬臂梁理论应变对比。
  • 载荷-应变验证:百分表测梁端位移,结合挠度公式与 FBG 实测值对比。
  • 加载-卸载迟滞:对比加载与卸载曲线差异。

4. 上位机软件

  • 全光谱显示(缩放、平移、光标测量);峰值波长列表;波长历史曲线多通道叠加。
  • 输入灵敏度系数自动换算温度 / 应变;支持 CSV / TXT / Excel 数据导出。

实验课程体系

L1

第一层:基础认知实验

  • 实验 1:系统组成认知与连接(全系统)
  • 实验 2:FBG 反射光谱观测(解调仪+软件)
  • 实验 3:FBG 波长解调原理认知(解调仪+软件)
L2

第二层:核心原理实验

  • 实验 4:FBG 温度传感与灵敏度标定
  • 实验 5:FBG 应变传感与灵敏度标定
  • 实验 6:双通道同步测量与对比
  • 实验 7:波长解调分辨率测量
  • 实验 8:传感重复性与迟滞特性
L3

第三层:综合设计实验

  • 实验 9:FBG 温度 / 应变交叉敏感区分
  • 实验 10:温度补偿式应变测量
  • 实验 11:多点串联 FBG 波分复用
  • 实验 12:载荷-应变理论值与实测值对比
L4

第四层:创新应用实验

  • 实验 13:模拟桥梁结构应变监测
  • 实验 14:模拟管道温度分布监测

技术参数

FBG 光纤光栅解调仪

通道数2 通道
波长范围40nm(1525~1565nm,C 波段)
波长解调分辨率0.25pm
波长短期重复性2.5pm
波长绝对精度±10pm
扫描频率1Hz / 100Hz 可选
动态范围20~40dB
串联 FBG 最小波长间隔0.5nm
通讯接口RS232(标配)/ 以太网(选配)
工作电源DC 9V / 1A;峰值功耗 < 6W
模块尺寸125×100×30mm

FBG 温度传感器

波长范围1528~1561nm(出厂指定)
测温范围-20℃~+120℃
温度灵敏度~10pm/℃
封装方式不锈钢铠装;FC/APC 尾纤

FBG 应变传感器

应变测量范围0~5000με
应变灵敏度~1.2pm/με
封装方式柔性基底,表面粘贴;FC/APC 尾纤

温控装置

控温范围-20℃~+120℃
控温精度±0.1℃
升温速率≥5℃/min
标准温度计PT100 铂电阻

悬臂梁测试台

梁形式等强度悬臂梁(弹簧钢 / 铝合金)
砝码规格50g×10 或 100g×5;最大载荷 500g
位移测量百分表,分辨率 0.01mm

配套教学资源

实验指导书

全部实验目的、原理、步骤、数据记录表格及思考题

教学 PPT 与视频

布拉格条件、波长漂移动画及操作演示

上位机软件

全光谱、峰值追踪、波长记录、物理量换算、导出

标定数据文件

每只 FBG 出厂标定(中心波长、反射率、带宽)

配件包

FC/APC 跳线、耦合器、电源、工具、应变胶粘剂

产品亮点

原理透明,非「黑箱」

光谱实时显示,峰值自动追踪,物理量变化时光谱峰移动直观可见。

双通道同步测量

温度与应变传感器同时接入,对比两参量对波长的不同影响。

双参量,覆盖核心应用

同时支持温度与应变,覆盖 FBG 最核心应用场景。

物理直观,教学友好

温控装置精确控温,悬臂梁逐级加载,变化可控、可读、可追溯。

理论验证,学以致用

悬臂梁理论应变与 FBG 实测对比,力学与传感实验有机结合。

串联组网,波长复用

多只 FBG 串联同一通道,理解「一根光纤、多点监测」优势。

一机多用,跨课程支撑

覆盖光纤传感、光电子、结构监测、工程力学等课程。

工业级器件,教学级封装

解调仪与工业 FBG 系统同源,实验数据具有工程参考价值。

「翼光测控 · FBG-EDU」——让波长编码的光纤光栅传感技术变得可动手、可探究、可创新,是连接光栅传感理论与工程实践的理想教学平台。

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