航天航空发展现状及前景范文

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篇1

[关键词]激光；激光技术；发展趋势

中图分类号：TG485 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0097-01

激光技术是20世纪伟大的发明之一，自1960年第一台激光器问世以来，固体激光器、气体激光器、半导体激光器以及准分子激光器陆续诞生；激光不同于普通光源，它具有良好的单色性和相干性，很好的方向性，极高的能量密度，这些特点使得激光广泛地应用于各类机械加工领域，如激光切割、焊接、激光淬火、激光打标等等，而激光切割被认为是激光技术应用中最成熟的工艺。下文将对激光切割技术的相关内容进行详细的论述。

一、激光切割的概述

1.激光切割的涵义

激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术，也是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹做相对运动，从而形成一定形状的切缝。激光切割技术经过近几年的发展，广泛应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。

2.激光切割的优点

激光切割技术具有以下优点：

第一，精度高：定位精度0.05mm，重复定位精度0.02mm。

第二，切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很快加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10～0.20mm。

第三，切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以内。

第四，速度快：切割速度可达10m/min，最大定位速度可达70m/min，比线切割的速度快很多。

第五，切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。

第六，不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。

第七，不受被切材料的硬度影响：激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

第八，不受工件外形的影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其他异型材。

第九，可以对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品和有机玻璃等。

第十，节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。

十一，节省材料：采用电脑编程，可以把不同外形的产品进行整张板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。

十二，缩短了新产品制造周期：新产品试制，数量小，结构不确定、随时会改动，根本不能出模具，激光切割机大大缩短了新产品制造周期，减少了模具投入。

二、国内外激光切割技术的现状

激光切割是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。以日本为例，目前已拥有CO2激光切割机2万多台，约占全球激光加工机总量的1/3，其中80%为激光切割设备。据统计，自1995年以来，CO2激光切割机的年生产量已超过500台左右，其中YAG激光切割机100多台。而我国至今却只有600多台套激光切割机在使用中。因此，在我国，激光切割技术的推广和应用潜力很大。随着我国国民经济的飞速发展，许多传统产业需要改造，许多钣金加工领域有待开发，许多工业城市也需要建立激光加工中心。

三、数控激光切割技术的发展前景

1.高速、高精度激光切割机及切割工艺

我国的数控激光切割机生产，经过近20年的发展已取得了很大成就。但与国外先进产品相比，还有较大差距，主要表现在切割机的运行速度低，动态精度差，配套功能不够，切割工艺参数不完善和切割断面质量不易保证等。为了进一步提高产品质量和生产率，必须生产出新型的高速、高精度的激光切割机，以满足国内日益增长的生产需要，数控激光割机应具备专用切割工艺参数，配有激光专用自动编程系统及自动排料、套料系统，减少编程时间，提高板材利用率。数控激光切割机如安装交换工作台，则可以大大提高生产率，充分利用激光能源，降低生产成本。

2.厚板激光切割技术的应用范围想着重工业的方向发展

由于大功率CO2激光器光束模式的改进和激光切割技术进步，使厚板激光切割技术的应用逐渐增加，同时由于切割工艺采用CNC控制激光切割精度高，因此，用激光切割代替等离子、氧乙炔为主的中厚板切割的趋势正迅速增长，激光切割正从轻工业的钣金加工业向建筑机械、桥梁、造船等重工业方向发展。

3.三维高精度大型数控激光切割机及其应用领域

工艺技术三维数控激光切割机主要应用于汽车制造、航空、建筑及难以加工的大型立体钣金件。其主要特点是：床身刚性好、加工范围大；龙门式结构能实现高速、高精度的切割；三维激光切割头不仅能沿X、Y、Z轴作直线运动，且能进行C轴旋转.数控系统采用5轴或6轴联动系统，具有空间立体编程简单、操作方便和可靠性高的特点。目前国内企业对三维激光切割机已经有需求，随着市场和经济的快速发展，在汽车、航空、机车及工程机械等行业对三维激光切割机的需求将会不断增大，因此，开发出性能好、工作可靠、使用方便的三维激光切割机，将使我国激光切割机的水平大大提高一步。

4.数控激光切割技术在农机制造中的应用

农业机械种类繁多，更新换代迅速，新产品研制周期长，而且多数种类的产品都属于小批量生产，农机产品的钣金加工件一般采用4～6mm钢板，板金件种类多，并且更新快，传统的农机产品板金加工件通常采用冲床方式，模具消耗大，通常一个大型的农机生产厂家用于模具存放的库房就近300m2，由此可见，农机部件的加工如果仍然停留在传统的方式，将严重制约产品的快速更新换代与技术开发，而数控激光切割技术的柔性加工优势就体现出来了。

四、结束语

随着装备制造业的快速发展，我国数控激光切割成套设备已进入快速增长期，年增长率达50%以上。应用行业包括：汽车、船舶、航空、核工业、机械制造、钢铁、纺织、石油、激光加工中心等。在2006年全国激光加工学术年会上，专家们认为：到“十一五”末期，我国每年至少需要1500多台套高功率数控激光切割机，到“十二五”末期，我国高功率数控激光切割机市场需求量将达到10000台套，其中除了通用的激光切割机之外，对高速高精度激光切割机、大幅面厚板激光切割机、三维立体数控激光切割机、航天航空用有色金属激光器切割机等高性能激光切割系统的需求也与日俱增。

参考文献

[1] 邓家科、王中、朱付金、卢飞星.数控激光切割技术发展趋势与市场分析[J]，激光与光电子学进展，2009（5）.

[2] 孙晓东、王松、赵凯华、李国庆.激光切割技术国内外研究现状[J]，热加工工艺，2012（9）.

篇2

关键词： 物联网；传感器；光纤传感器

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0610003－01

1 物联网的概念

以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机技术的伟大突破，也为人们的生活带来了翻天覆地的变化。然而，随着科学技术的进步，为了达到实时控制、精确管理的科学决策的目的，人们对于事物的感知力和控制要求越来越高，物联网技术应运而生，并成为继物联网之后的又一伟大变革。

物联网（The Internet of things）的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。从技术角度讲，物联网就是在任何时间、任何地点将任何人、任何物品以任何通信方式连接起来，以满足人们需求的一种网络。通俗地讲，物联网就是物物相连的网络。

物联网的体系架构由感知层、网络层、应用层组成[2]。感知层主要用于实现智能感知功能，包括信息的采集、捕获和物体的识别。网络层主要实现信息的传送和通信。应用层则主要包括各类应用，如智能电网、工业监控、绿色农业、智能家居、公共安全等。

2 物联网的发展

物联网的理念最早出现于比尔盖茨1995年书写的《未来之路》一书。

1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，并实现智能化识别和管理。而在中国，物联网一度被称为传感网。

2005年11月，国际电信联盟（ITU）了《ITU互联网报告2005：物联网》报告，指出无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换，射频识别技术、传感器技术、纳米技术、职能嵌入技术将得到更加广泛的应用。

2008年11月，IBM提出“智慧地球”概念，即“互联网+物联网=智慧地球”，以此作为经济振兴的战略。

2009年1月23日，奥巴马针对IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧的地球”这一概念作出回应：美国在21世纪将在“物联网”方面保持和夺回竞争优势的方式。

2009年8月7日，考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心。强调“在传感网的发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，把传感系统和3G中的TD技术结合起来”，并明确要求尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。从此，物联网在中国社会得到了极大的关注和迅速的发展，而2009年也被称为是中国物联网技术发展的元年。

2009年9月21日，工信部在相关会议上，首次明确提出要进一步研究建设物联网、传感网，加快传感中心建设，推进信息技术在工业领域的广泛应用，提高资源利用率、经济运行效益和投入产出效率等。

3 传感器在物联网中的地位

传感器技术作为现代科技的前沿技术，同计算机技术与通信技术组成现代信息技术的三大基础，也为当今物联网的发展铺平了道路，同时成为物联网在工业领域应用的关键。

物联网的支撑技术主要包括：传感技术（传感器技术、RFID感知/识别技术）、计算机技术（云计算技术）、通信技术（低功耗高带宽无线通信技术、移动通信技术）、网络技术（无线数传网络、WSN技术）、电源技术等。

传感器是物联网的重要组成之一，是物联网系统中最关键的组成部分。物联网的感知层包括传感器和RFID网络等数据采集设备[3]，包括数据接入到网关之前的所有传感网络。

传感器的性能直接决定物联网的性能。传感器是物联网中获得信息的手段和途径，传感器采集的信息的准确、可靠、实时程度将直接影响到控制节点对信息的处理与传输。传感器的特性、可靠性、实时性、抗干扰性等性能，对物联网应用系统的性能起到举足轻重的作用。

4 我国传感器技术成为物联网发展的瓶颈

相对于计算机技术和通信技术，传感器技术在国内物联网的发展中处于弱势地位，存在问题众多，并且与国外的差距仍在进一步扩大。主要问题可以概括为以下几个方面：

1）国家政策的支持力度不够大，主管多头，难成合力，传感器科研、产业化体系推进不力，产业政策不实，传感器产业远落后于IC产业、通信产业和计算机产业。

2）核心技术少，创新能力弱，新原理、新器件开发凤毛麟角，新材料研发屈指可数，特性研究不够深入，对传感器的基础理论研究不够重视，对传感器的研究缺乏厚实基础，如数学模型的建立、仿真及工艺模拟，各种结构材料的特性研究等，几乎无人问津，大大落后于国外同行的研究工作。

3）某些共性关键技术尚未真正突破，包括设计技术、可靠性技术、封装技术、装备技术等。

4）品种、规格、系列不全，技术指标不高；国内传感器产品往往形不成系列，比较容易生产的某些规格尚能齐全，而高端的产品往往不能生产。

传感器产业化决定物联网市场的应用前景。未来10年，物联网将有上万亿元的高科技市场占有量，其产业要比互联网大三倍，在大力发展物联网的同时，如果不发展传感器技术，则大量传感器势必要从国外进口，传感器市场被国外占有，不仅经济损失巨大，而且国家安全无保障。

5 光纤传感器的优势

光纤传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰、电绝缘和化学性质稳定等特性；并且光纤传感器将信息传感与信号传输合二为一，便于构成分布式网络；同时由于光纤的几何尺寸灵活，易于实现远距离监控和多点实时监测。

目前，光纤传感器可以直接或间接测量近百种物理量以及化学和生物量，被广泛应用于国防、电力、石油、建筑、医学等各个领域。

在国防上，光纤传感器可用于水声探潜、光纤制导、姿态控制、航天航空器的结构损伤探测以及战场环境的探测等。在电力系统中，高电压、大电流的恶劣电磁环境使得电子类传感器的应用受到限制，而光纤传感器以其特有的抗电磁干扰能力，在电力系统中可用于测量大型电机的转子、定子和高压变压器内部的电流、电压、温度等参数；可用于电力继电保护及火灾报警；分布式光纤传感器可对高压输电线路在冰雪、大风等恶劣气候条件下的线路温度、应力等重要参数进行大长度的沿线分布式实时监测。在建筑工程中，通过预埋或后期布设光纤传感网络的方式，对桥梁、大坝、重要建筑物等的温度、应力、压力、振动、倾角等物理量进行实时监测，以评估其短期及长期的结构安全性能。在临床医学上，由于光纤传感器的体积很小且柔软，被用于内窥镜、手术导航及监测、神经修复等。

伴随着物联网技术的不断进步，光纤传感器将被应用到社会生活的各个方面，与无线传感技术一起在物联网中起到举足轻重的作用。

6 光纤传感器在物联网中的应用及前景

在物联网中要用到各种各样的大量的传感器，来感知各种各样的环境参数，如温度、重力、光电、声音、位移、振动等，为物联网提供最原始的数据信息，经过处理后为人们提供服务。

光纤传感器可以测量的物理量很多，如温度的检测，压力的检测，液位、流量、流速的检测等等。

随着通信技术的发展，光纤传感器迅速崛起并取得了巨大的成就，在物联网这一新技术的推动下，正在越来越广泛的应用于生活中的方方面面，并且大有取代电子传感器之势。从光纤传感器的发展现状及文献报道情况来看，它具有广阔的应用前景，其进一步的研究方向是：1）解决光纤传感器的实用化问题。2）开展对采用多路复用技术的光纤传感器系统的研究。3）开展基础技术及元器件的进一步研究。

参考文献：

[1]孔晓波，物联网概念和演进路[J].电信工程技术与标准化，2009（12）：12-14.

[2]张应福，物联网技术与应用[J].通信与信息技术，2010（1）：50-53.

[3]韦乐平，物联网的特征、发展策略和挑战[J].现代电信科技，2011（4）：1-5.