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[關鍵詞]激光；激光技術；發展趨勢

中圖分類號：TG485 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）26-0097-01

激光技術是20世紀偉大的發明之一，自1960年第一臺激光器問世以來，固體激光器、氣體激光器、半導體激光器以及準分子激光器陸續誕生；激光不同于普通光源，它具有良好的單色性和相干性，很好的方向性，極高的能量密度，這些特點使得激光廣泛地應用于各類機械加工領域，如激光切割、焊接、激光淬火、激光打標等等，而激光切割被認為是激光技術應用中最成熟的工藝。下文將對激光切割技術的相關內容進行詳細的論述。

一、激光切割的概述

1.激光切割的涵義

激光切割是激光加工行業中最重要的一項應用技術，也是激光加工中應用最早、使用最多的加工方法。激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡做相對運動，從而形成一定形狀的切縫。激光切割技術經過近幾年的發展，廣泛應用于汽車、機車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業部門中。

2.激光切割的優點

激光切割技術具有以下優點：

第一，精度高：定位精度0.05mm，重復定位精度0.02mm。

第二，切縫窄：激光束聚焦成很小的光點，使焦點處達到很高的功率密度，材料很快加熱至氣化程度，蒸發形成孔洞。隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續形成寬度很窄的切縫。切口寬度一般為0.10～0.20mm。

第三，切割面光滑：切割面無毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以內。

第四，速度快：切割速度可達10m/min，最大定位速度可達70m/min，比線切割的速度快很多。

第五，切割質量好：無接觸切割，切邊受熱影響很小，基本沒有工件熱變形，完全避免材料沖剪時形成的塌邊，切縫一般不需要二次加工。

第六，不損傷工件：激光切割頭不會與材料表面相接觸，保證不劃傷工件。

第七，不受被切材料的硬度影響：激光可以對鋼板、不銹鋼、鋁合金板、硬質合金等進行加工，不管什么樣的硬度，都可以進行無變形切割。

第八，不受工件外形的影響：激光加工柔性好，可以加工任意圖形，可以切割管材及其他異型材。

第九，可以對非金屬進行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、紡織品和有機玻璃等。

第十，節約模具投資：激光加工不需模具，沒有模具消耗，無須修理模具，節約更換模具時間，從而節省了加工費用，降低了生產成本，尤其適合大件產品的加工。

十一，節省材料：采用電腦編程，可以把不同外形的產品進行整張板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。

十二，縮短了新產品制造周期：新產品試制，數量小，結構不確定、隨時會改動，根本不能出模具，激光切割機大大縮短了新產品制造周期，減少了模具投入。

二、國內外激光切割技術的現狀

激光切割是激光加工中應用最早、使用最多的加工方法。以日本為例，目前已擁有CO2激光切割機2萬多臺，約占全球激光加工機總量的1/3，其中80%為激光切割設備。據統計，自1995年以來，CO2激光切割機的年生產量已超過500臺左右，其中YAG激光切割機100多臺。而我國至今卻只有600多臺套激光切割機在使用中。因此，在我國，激光切割技術的推廣和應用潛力很大。隨著我國國民經濟的飛速發展，許多傳統產業需要改造，許多鈑金加工領域有待開發，許多工業城市也需要建立激光加工中心。

三、數控激光切割技術的發展前景

1.高速、高精度激光切割機及切割工藝

我國的數控激光切割機生產，經過近20年的發展已取得了很大成就。但與國外先進產品相比，還有較大差距，主要表現在切割機的運行速度低，動態精度差，配套功能不夠，切割工藝參數不完善和切割斷面質量不易保證等。為了進一步提高產品質量和生產率，必須生產出新型的高速、高精度的激光切割機，以滿足國內日益增長的生產需要，數控激光割機應具備專用切割工藝參數，配有激光專用自動編程系統及自動排料、套料系統，減少編程時間，提高板材利用率。數控激光切割機如安裝交換工作臺，則可以大大提高生產率，充分利用激光能源，降低生產成本。

2.厚板激光切割技術的應用范圍想著重工業的方向發展

由于大功率CO2激光器光束模式的改進和激光切割技術進步，使厚板激光切割技術的應用逐漸增加，同時由于切割工藝采用CNC控制激光切割精度高，因此，用激光切割代替等離子、氧乙炔為主的中厚板切割的趨勢正迅速增長，激光切割正從輕工業的鈑金加工業向建筑機械、橋梁、造船等重工業方向發展。

3.三維高精度大型數控激光切割機及其應用領域

工藝技術三維數控激光切割機主要應用于汽車制造、航空、建筑及難以加工的大型立體鈑金件。其主要特點是：床身剛性好、加工范圍大；龍門式結構能實現高速、高精度的切割；三維激光切割頭不僅能沿X、Y、Z軸作直線運動，且能進行C軸旋轉.數控系統采用5軸或6軸聯動系統，具有空間立體編程簡單、操作方便和可靠性高的特點。目前國內企業對三維激光切割機已經有需求，隨著市場和經濟的快速發展，在汽車、航空、機車及工程機械等行業對三維激光切割機的需求將會不斷增大，因此，開發出性能好、工作可靠、使用方便的三維激光切割機，將使我國激光切割機的水平大大提高一步。

4.數控激光切割技術在農機制造中的應用

農業機械種類繁多，更新換代迅速，新產品研制周期長，而且多數種類的產品都屬于小批量生產，農機產品的鈑金加工件一般采用4～6mm鋼板，板金件種類多，并且更新快，傳統的農機產品板金加工件通常采用沖床方式，模具消耗大，通常一個大型的農機生產廠家用于模具存放的庫房就近300m2，由此可見，農機部件的加工如果仍然停留在傳統的方式，將嚴重制約產品的快速更新換代與技術開發，而數控激光切割技術的柔性加工優勢就體現出來了。

四、結束語

隨著裝備制造業的快速發展，我國數控激光切割成套設備已進入快速增長期，年增長率達50%以上。應用行業包括：汽車、船舶、航空、核工業、機械制造、鋼鐵、紡織、石油、激光加工中心等。在2006年全國激光加工學術年會上，專家們認為：到“十一五”末期，我國每年至少需要1500多臺套高功率數控激光切割機，到“十二五”末期，我國高功率數控激光切割機市場需求量將達到10000臺套，其中除了通用的激光切割機之外，對高速高精度激光切割機、大幅面厚板激光切割機、三維立體數控激光切割機、航天航空用有色金屬激光器切割機等高性能激光切割系統的需求也與日俱增。

參考文獻

[1] 鄧家科、王中、朱付金、盧飛星.數控激光切割技術發展趨勢與市場分析[J]，激光與光電子學進展，2009（5）.

[2] 孫曉東、王松、趙凱華、李國慶.激光切割技術國內外研究現狀[J]，熱加工工藝，2012（9）.

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關鍵詞： 物聯網；傳感器；光纖傳感器

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2012）0610003－01

1 物聯網的概念

以互聯網為代表的計算機網絡技術是二十世紀計算機技術的偉大突破，也為人們的生活帶來了翻天覆地的變化。然而，隨著科學技術的進步，為了達到實時控制、精確管理的科學決策的目的，人們對于事物的感知力和控制要求越來越高，物聯網技術應運而生，并成為繼物聯網之后的又一偉大變革。

物聯網（The Internet of things）的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[1]。從技術角度講，物聯網就是在任何時間、任何地點將任何人、任何物品以任何通信方式連接起來，以滿足人們需求的一種網絡。通俗地講，物聯網就是物物相連的網絡。

物聯網的體系架構由感知層、網絡層、應用層組成[2]。感知層主要用于實現智能感知功能，包括信息的采集、捕獲和物體的識別。網絡層主要實現信息的傳送和通信。應用層則主要包括各類應用，如智能電網、工業監控、綠色農業、智能家居、公共安全等。

2 物聯網的發展

物聯網的理念最早出現于比爾蓋茨1995年書寫的《未來之路》一書。

1999年，美國Auto-ID首先提出“物聯網”的概念，即把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，并實現智能化識別和管理。而在中國，物聯網一度被稱為傳感網。

2005年11月，國際電信聯盟（ITU）了《ITU互聯網報告2005：物聯網》報告，指出無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網主動進行交換，射頻識別技術、傳感器技術、納米技術、職能嵌入技術將得到更加廣泛的應用。

2008年11月，IBM提出“智慧地球”概念，即“互聯網+物聯網=智慧地球”，以此作為經濟振興的戰略。

2009年1月23日，奧巴馬針對IBM首席執行官彭明盛首次提出“智慧的地球”這一概念作出回應：美國在21世紀將在“物聯網”方面保持和奪回競爭優勢的方式。

2009年8月7日，考察中科院無錫高新微納傳感網工程技術研發中心。強調“在傳感網的發展中，要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術，把傳感系統和3G中的TD技術結合起來”，并明確要求盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心。從此，物聯網在中國社會得到了極大的關注和迅速的發展，而2009年也被稱為是中國物聯網技術發展的元年。

2009年9月21日，工信部在相關會議上，首次明確提出要進一步研究建設物聯網、傳感網，加快傳感中心建設，推進信息技術在工業領域的廣泛應用，提高資源利用率、經濟運行效益和投入產出效率等。

3 傳感器在物聯網中的地位

傳感器技術作為現代科技的前沿技術，同計算機技術與通信技術組成現代信息技術的三大基礎，也為當今物聯網的發展鋪平了道路，同時成為物聯網在工業領域應用的關鍵。

物聯網的支撐技術主要包括：傳感技術（傳感器技術、RFID感知/識別技術）、計算機技術（云計算技術）、通信技術（低功耗高帶寬無線通信技術、移動通信技術）、網絡技術（無線數傳網絡、WSN技術）、電源技術等。

傳感器是物聯網的重要組成之一，是物聯網系統中最關鍵的組成部分。物聯網的感知層包括傳感器和RFID網絡等數據采集設備[3]，包括數據接入到網關之前的所有傳感網絡。

傳感器的性能直接決定物聯網的性能。傳感器是物聯網中獲得信息的手段和途徑，傳感器采集的信息的準確、可靠、實時程度將直接影響到控制節點對信息的處理與傳輸。傳感器的特性、可靠性、實時性、抗干擾性等性能，對物聯網應用系統的性能起到舉足輕重的作用。

4 我國傳感器技術成為物聯網發展的瓶頸

相對于計算機技術和通信技術，傳感器技術在國內物聯網的發展中處于弱勢地位，存在問題眾多，并且與國外的差距仍在進一步擴大。主要問題可以概括為以下幾個方面：

1）國家政策的支持力度不夠大，主管多頭，難成合力，傳感器科研、產業化體系推進不力，產業政策不實，傳感器產業遠落后于IC產業、通信產業和計算機產業。

2）核心技術少，創新能力弱，新原理、新器件開發鳳毛麟角，新材料研發屈指可數，特性研究不夠深入，對傳感器的基礎理論研究不夠重視，對傳感器的研究缺乏厚實基礎，如數學模型的建立、仿真及工藝模擬，各種結構材料的特性研究等，幾乎無人問津，大大落后于國外同行的研究工作。

3）某些共性關鍵技術尚未真正突破，包括設計技術、可靠性技術、封裝技術、裝備技術等。

4）品種、規格、系列不全，技術指標不高；國內傳感器產品往往形不成系列，比較容易生產的某些規格尚能齊全，而高端的產品往往不能生產。

傳感器產業化決定物聯網市場的應用前景。未來10年，物聯網將有上萬億元的高科技市場占有量，其產業要比互聯網大三倍，在大力發展物聯網的同時，如果不發展傳感器技術，則大量傳感器勢必要從國外進口，傳感器市場被國外占有，不僅經濟損失巨大，而且國家安全無保障。

5 光纖傳感器的優勢

光纖傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗電磁干擾、電絕緣和化學性質穩定等特性；并且光纖傳感器將信息傳感與信號傳輸合二為一，便于構成分布式網絡；同時由于光纖的幾何尺寸靈活，易于實現遠距離監控和多點實時監測。

目前，光纖傳感器可以直接或間接測量近百種物理量以及化學和生物量，被廣泛應用于國防、電力、石油、建筑、醫學等各個領域。

在國防上，光纖傳感器可用于水聲探潛、光纖制導、姿態控制、航天航空器的結構損傷探測以及戰場環境的探測等。在電力系統中，高電壓、大電流的惡劣電磁環境使得電子類傳感器的應用受到限制，而光纖傳感器以其特有的抗電磁干擾能力，在電力系統中可用于測量大型電機的轉子、定子和高壓變壓器內部的電流、電壓、溫度等參數；可用于電力繼電保護及火災報警；分布式光纖傳感器可對高壓輸電線路在冰雪、大風等惡劣氣候條件下的線路溫度、應力等重要參數進行大長度的沿線分布式實時監測。在建筑工程中，通過預埋或后期布設光纖傳感網絡的方式，對橋梁、大壩、重要建筑物等的溫度、應力、壓力、振動、傾角等物理量進行實時監測，以評估其短期及長期的結構安全性能。在臨床醫學上，由于光纖傳感器的體積很小且柔軟，被用于內窺鏡、手術導航及監測、神經修復等。

伴隨著物聯網技術的不斷進步，光纖傳感器將被應用到社會生活的各個方面，與無線傳感技術一起在物聯網中起到舉足輕重的作用。

6 光纖傳感器在物聯網中的應用及前景

在物聯網中要用到各種各樣的大量的傳感器，來感知各種各樣的環境參數，如溫度、重力、光電、聲音、位移、振動等，為物聯網提供最原始的數據信息，經過處理后為人們提供服務。

光纖傳感器可以測量的物理量很多，如溫度的檢測，壓力的檢測，液位、流量、流速的檢測等等。

隨著通信技術的發展，光纖傳感器迅速崛起并取得了巨大的成就，在物聯網這一新技術的推動下，正在越來越廣泛的應用于生活中的方方面面，并且大有取代電子傳感器之勢。從光纖傳感器的發展現狀及文獻報道情況來看，它具有廣闊的應用前景，其進一步的研究方向是：1）解決光纖傳感器的實用化問題。2）開展對采用多路復用技術的光纖傳感器系統的研究。3）開展基礎技術及元器件的進一步研究。

參考文獻：

[1]孔曉波，物聯網概念和演進路[J].電信工程技術與標準化，2009（12）：12-14.

[2]張應福，物聯網技術與應用[J].通信與信息技術，2010（1）：50-53.

[3]韋樂平，物聯網的特征、發展策略和挑戰[J].現代電信科技，2011（4）：1-5.