光合作用特点篇（1）

机械激光-电弧复合焊接技术是为了满足特定材料的加工焊接要求，综合利用机械激光焊接和电弧焊接的优势，将其物理性能和能量传输性能以恰当的方式融合到一起，形成的一种科学先进的技术手段。将电弧焊接和激光焊接技术取长补短的结合起来形成的激光-电弧复合焊接技术具有经济、高效的特点，解决了许多材料的加工要求，实现了优质的焊接。

电弧焊接是应用最早且在材料技术上运用较普遍的焊接的技术，将电能转换为热能完成金属之间的连接，分为非熔化极电弧焊接和熔化极电弧焊接，但是由于电弧能力分布密度特性，导致焊接速度较慢，焊接的深度和熔度较浅，造成材料容易焊接变形，并且生产效率较低。激光焊接可以利用高达107W/cm2的能量密度形成小孔和等离子体时的热加工，激光焊接速度比较快，材料变形较少，通过较少的热输入量形成深度比大的良好焊接效果，从而实现精密焊接。但是也存在着一定的缺点，即焊接接头的间隙要求较高、焊接过程的稳定性和激光能量的利用率较差、焊接厚度较高的材料成本过高。

为顺应时展，综合焊接需求，针对电弧焊接和激光焊接的优劣，在20世纪70年代末，英国伦敦帝国大学对复合焊接工艺进行了研究，提出了电弧与激光焊接结合的工艺概念，随后英国学者和美国等科学研究者利用了激光配合一定量的辅助电弧，形成了现如今激光-电弧复合焊接的技术工艺，解决了焊接熔深浅问题和生产成本过高的问题，有效的提升了能量的利用率，提高了焊接的生产效率。

二、激光-电弧复合焊接的原理

激光―电弧复合焊接技术在工作时，激光及电弧同时作用在金属表面的一点上。在激光的作用下，焊缝的上方会产生一定的等离子体云，这种等离子体云会吸收及散射进行射入过程中的激光，从而降低了激光能量的功能。在原有基础上加上电弧后，能够产生一定量的低温低密度的电弧等离子，从而起到稀释激光等离子体的作用，进一步提升了激光能量的传输效率。外加电弧还可以在进行焊接的同时实现对母材进行加热，母材温度的升高能够提升对激光的吸收效率，从而增加焊接熔深。而且激光作用能够降低电弧通道的电阻，也能够加深该项技术的熔深。

三、机械激光-电弧复合焊接技术的特点

（一）提高了焊接过程的稳定性

激光焊接时，等离子体形成较多的带电粒子，带电粒子会主动吸收电弧，压缩电弧的根部使电弧稳定燃烧，既增加了焊接的稳定性，使得电弧不随意飘逸同时提升了电弧的能量利用率。

（二）实现高效率、低成本的焊接

机械激光-电弧复合焊接技术的最主要优势和目的便是实现高效率、低成本的焊接。激光和电弧的相互作用下，使得用较小的激光和电弧能量便能完成材料的焊接，相比要达到同等效果所耗费的单独激光和电弧功率要小许多，极大程度的降低了生产成本。同时与单纯电弧或者激光焊接相比，复合焊接技术利用两种热源综合焊接的优势，输入的热量较小造成的热影响区域面积较小，导致的工艺材料的焊缝变形量较小，较少了焊接后的工序处理，提升了生产工作效率。

（三）增加焊缝熔深，改善焊接成型

熔深浅是焊接技术中易出现的问题，而在激光的作用下，电弧可以深入到工件内部，到达焊缝的深处增加熔深，并且在电弧的作用下也会增强金属的激光吸收率。形成较深的焊缝熔深改善了金属的熔化程度，避免了焊缝咬边的现象出现，同时，激光-电弧复合焊接技术还可以控制激光和电弧的输出量，根据材料工件需求，单独调节配比，获得理想的焊缝熔深和深宽比。

（四）减少焊接缺陷，提升焊接质量

在电弧和激光的复合热源焊接下，激光的作用减少了焊缝的加热时间，使得焊接材料受热面积减少，不易产生较大的晶粒，并且有效的减缓了熔池金属的凝固时间，增加了熔池相变时间，将熔池的气体充分排除，减少了诸如气孔、裂纹等焊接的缺陷，提升了焊接的质量。

（五）降低要求，提升焊接适应性

单独激光作用时，激光束直径较小，对焊接接头的间隙要求小于0.10mm要求较高。而在电弧的作用下，增加了工件材料的熔合区宽度，可以降低焊接接头间隙的高精度要求。并且更适用于一些特殊的材料，如电弧在激光焊接之前可以清洁焊缝表面，去除氧化膜，从而更有利于焊接铝合金。

四、机械激光-电弧复合焊接技术的应用

（一）应用到船舶制造业

因船舶制造业中造船所使用的钢板厚度较厚，对于焊接要求较高，而单一的电弧焊接和激光焊接都无法满足船舶制造业的需求。激光-电弧复合焊接技术具备着独特的优势，对于较大的焊件间隙可以放宽至1mm，相对于激光焊接的0.1mm，极大的提升了间隙距离，减少了焊接前的工作量和成本，使的船舶制造速度加快，成本下降，提升了制造效率。另外主要的优势在于，激光-电弧复合焊接可减少焊件的变形量，使得焊接后的整形工作量也随之减少，极大的减轻了人力成本。

（二）应用到汽车制造业

目前在汽车行业中，汽车设备逐渐向更轻薄发展，而汽车框架结构也引进了更多的铝、铝镁等轻质合金，既改善了汽车的机动性能，使汽车流线性速度增快，也节约了能源减少了污染。以往汽车的焊接多采取激光焊和熔化极气体保护焊，但是目前大多数采取了激光-电弧复合焊工艺的成熟焊接手段，满足了汽车制造业焊接需求。例如德国大众汽车工程公司的TGRAF等人自主研发了MIG复合焊接机头，该焊头结合电弧和激光焊接的优势，以极小的几何尺寸，安装到弧焊机器人手臂，方便各空间、各角度的焊接。

（三）应用到石油管道中

光合作用特点篇（2）

中图分类号：Q949.747.5；S725.71；S718.43 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）06-1346-06

光合作用是植物生长的基础，是构成植物生产力的最主要因素，植物叶片光合性能与其生产能力呈正相关关系[1]。光合作用的强弱主要与植物的遗传特性和环境条件有关，当外界环境因素发生变化后，植物的光合生理特性也随之出现对应变化[2]。香樟[Cimamomum camphora（L.）Presl]、岩桂（C. petrophilum N. Chao）、天竺桂（C. pedunculatum Sieb.）、猴樟（C. bodinieri Levl）4种树木都属于樟科（Lauraceae）樟属（Cinnamomum Trew）常绿乔木，由于其叶片内富含挥发油成分，具有适应性强、观赏价值高、绿化用途广的特点，经济价值与生态价值非常高，所以也是城市绿化的优良树种[3-5]。以往对这4种树的研究主要侧重于合格苗木培育、栽培技术创新、生产管理规范等方面的研究[6-11]，而对树种的光合生理特性比如光补偿点（Light compensation point，LCP）、光饱和点（Light saturation point，LSP）、CO2补偿点（CO2 compensation point，CCP）等则很少见到报道，目前对光合特性的研究主要集中在对香樟的日变化测定方面[11，12]，而对4种树的光合特性系统变化缺少研究。为此，试验通过测定香樟、岩桂、天竺桂、猴樟在不同生长季节的光合作用参数，探讨了它们的光合生理特性与差异，以期为城市绿化树种的科学选择、有效利用、引种及育种少走弯路等方面提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点在贵州省林业科学研究院试验林场，该场地理坐标为北纬26°38′、东经106°43′，海拔1 105.1～1 197.1 m，处在云贵高原山原地貌区。属中亚热带气候，年均气温15.2 ℃，1月平均气温6.3 ℃、7月平均气温27.7 ℃，年极端最低气温-7.3 ℃、极端最高气温37.5 ℃，年均降水量1 198.9 mm，年平均空气相对湿度77%，年无霜期278 d。参加试验的香樟、岩桂、天竺桂、猴樟树均为二年生幼树。

1.2 测试方法

1.2.1 光合日变化测定 采用Li-6400便携式全自动光合测定系统（美国LI-COR公司），分别在2011年的春、夏、秋3个植物的生长季节（分别对应是4月、7月、10月）各选晴天少云的日子在试验地点实施连续（重复）测定4种樟属树种叶片的光合作用生理指标日变化。测定日的测定时间段为8∶00～18∶00，测定日的气温为25～38 ℃、空气相对湿度80%左右。每次测定时要间隔2 h测定1次，每次每个树种各选4株，每株测定树冠中上层枝条向阳面第三到第五叶位3片当年生出的健康成熟叶片，数据取其平均值[13-16]。测定的光合作用生理指标包括单叶净光合速率[Net photosynthetic rate，Pn；μmol/（m2・s）]、蒸腾速率[Transpiration rate，Tr；mmol/（m2・s）]、气孔导度[Stomatal conductance，Gs；μmol/（m2・s）]、胞间CO2浓度（Intercellular CO2 concentration，Ci；μmol/mol）等，同时记录叶片的光合有效辐射[Photosynthetic active radiation，PAR；μmol/（m2・s）]、空气CO2浓度（Atmospheric CO2 concentration，Ca；μmol/mol）、气温（Air temperature，Ta；℃）、叶片温度（Leaf temperature，Tl；℃）等相关参数值[17-19]。

1.2.2 净光合速率-光合有效辐射响应曲线的绘制 在2011年7月选择晴天的上午，在Li-6400便携式全自动光合测定系统上采用LI-6400p光响应自动测定程序，使用02B红蓝光源提供在光合有效辐射数值0～2 000 μmol/（m2・s）范围内进行叶室的光合有效辐射调控，利用测定系统的温控器在一定范围内（±7 ℃）控制叶室的温度；将光合有效辐射数值从0逐步升至饱和点以上[操作分段分别是0、50、100、200、400、600、800、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000 μmol/（m2・s）]，分别测量4种樟属树种叶片的光合生理生态因子变化情况，每个数值段间隔时间3 min，获得了一系列数据。然后绘制净光合速率-光合有效辐射响应曲线。根据光响应曲线计算出4种樟属树种各自的光补偿点、光饱和点、表观量子效率（Apparent quantum yield，AQY）等重要参数[19-21]。

1.2.3 净光合速率-胞间CO2浓度响应曲线的绘制 同样在2011年7月选择晴天的上午，在Li-6400便携式全自动光合测定系统上采用LI-6400p CO2响应自动测定程序，使用01 CO2钢瓶设制CO2浓度，在CO2浓度从0～1 000 μmol/mol范围内调控叶室的CO2浓度，将CO2浓度设置为若干个，每个浓度在时间上间隔3 min，根据测定的系列数据绘制CO2响应曲线。再根据CO2响应曲线计算出4种樟属树种各自的CO2补偿点；用直线回归求得净光合速率-胞间CO2浓度响应曲线的初始斜率dPn/dCi，即为羧化效率（Carboxylation efficiency，CE），也就是在CO2浓度低于200 μmol/mol以下时测算出的直线方程斜率[21-25]。

1.2.4 环境因子对净光合速率的影响 对各生长季节所测定的叶片净光合速率及其环境因子相关指标的数据，采用多元回归方程建立相应的数学模型，应用DPS软件进行逐步回归分析[26，27]，探讨制约4种樟属树种净光合速率日变化的因素所在，从而得出4种樟属树种的回归方程，并分析有关环境因子对不同树种净光合速率日变化的影响程度。

2 结果与分析

2.1 樟属树种叶片光合作用日变化特性

2.1.1 净光合速率日变化 光合速率反映了不同植物的光合生物学特性，其相应的光合速率日变化曲线差异体现了植物的内在生物节律，也展现了植物对环境的不同适应性。植物光合作用生理指标的日变化随着种类和环境条件的变化而有所不同[28]，试验测定的香樟、岩桂、天竺桂、猴樟二年生幼树在不同生长季节的净光合速率日变化情况见图1。由图1可知，4种樟属树种在春季（4月）、夏季（7月）的净光合速率日变化均表现为“双峰”型曲线，净光合速率日变化过程中均有明显的“光合午休”现象出现[29]，时间在测定日的下午16∶00左右。从光合速率日进程看，在春季，香樟、岩桂、天竺桂和猴樟的第一峰值出现在测定日的上午10∶00，各树种最大峰值分别为7.10、2.91、4.82、2.69 μmol/（m2・s），第二峰值出现在下午16∶00。在夏季，4种樟属树种的第一峰值仍然出现在测定日的上午10∶00，各树种最大峰值分别为13.86、4.55、6.35、5.37 μmol/（m2・s），第二峰值出现在下午16∶00。在秋季（10月），4种樟属树种的净光合速率日变化基本一致，都呈“单峰”型曲线，在测定日的12∶00出现最高峰，随后净光合速率下降；香樟、岩桂、天竺桂、猴樟的净光合速率峰值都比夏季的低，分别是8.57、3.47、5.65、4.61 μmol/（m2・s）。

2.1.2 净光合速率季节变化 4种樟属树种在不同生长季节的日均净光合速率变化情况见表1。从表1可知，从4月到10月，4种樟属树种的日均净光合速率均表现为夏季最大，秋季次之，春季最小。同一生长季节比较4种樟属树种的净光合速率大小，则3个生长季都以香樟最大，春、夏、秋三季的日均净光合速率分别为4.43、9.00、5.53 μmol/（m2・s）；而春季以猴樟最小，仅为1.21 μmol/（m2・s）；岩桂、天竺桂处在中间，分别是2.27、2.74 μmol/（m2・s）；夏、秋季以岩桂最小，分别是2.56、2.30 μmol/（m2・s）；天竺桂、猴樟处在中间，分别是3.98、3.40 μmol/（m2・s）和3.10、2.55 μmol/（m2・s）。

2.2 净光合速率与环境因子的关系

2.2.1 环境因子的变化 影响光合作用净光合速率的主要环境因子有光合有效辐射（PAR）、气温（Ta）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）[30]，图2为不同季节PAR、Ta、Gs、Ci 4个环境因子的日变化，其中春季的PAR、Ta、Gs、Ci日变化幅度分别为170.0～1 472.8 μmol/（m2・s）、23.6～32.8 ℃、0.011～0.043 μmol/（m2・s）、154.7～293.5 μmol/mol；夏季的PAR、Ta、 Gs、Ci日变化幅度分别为115.3～1 695.6 μmol/（m2・s）、25.3～35.7 ℃、0.090～0.113 μmol/（m2・s）、82.6～300.8 μmol/mol；秋季的PAR、Ta、Gs、Ci日变化幅度分别为80.4～1 257.4 μmol/（m2・s）、12.5～20.2 ℃、0.011～0.040 μmol/（m2・s）、143.9～242.7 μmol/mol。

2.2.2 环境因子对净光合速率的影响 植物进行光合作用需要来自太阳的光能做能源，需要来自空气和土壤的水分、无机物做原料，也需要合适的温度等环境条件。然而在自然环境下，没有一种环境条件是恒定不变的，也很少有各种环境条件综合起来都适于光合作用高效进行的情况出现[21]。研究发现，叶片光合速率与生理生态因子的综合关系可以用多元回归方程表达出来[26，31]；所以试验利用4种樟属树种在各生长季节所测定的叶片光合速率及其环境因子的数据，把光合速率与主要生理生态影响因素的综合关系用多元回归方程表达出来。以夏季为例，以净光合速率（Pn）作为因变量（y），将光合有效辐射（PAR）、气温（Ta）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）作为自变量，分别把这4种环境因子用x1、x2、x3、x4表示，将Pn与PAR、Ta、Gs、Ci的关系建立数学模型，用DPS软件通过多元逐步回归分析，得到4种樟属树种的回归方程，具体见表2。从表2分析可知，对香樟净光合速率有显著影响的因子是光合有效辐射、气孔导度和胞间CO2浓度；对岩桂和天竺桂净光合速率有显著影响的因子是气温、气孔导度和胞间CO2浓度；对猴樟净光合速率有显著影响的因子是光合有效辐射和气温。

2.3 樟属树种叶片光合作用的净光合速率-光合有效辐射响应曲线

4种樟属树种叶片的净光合速率-光合有效辐射响应曲线见图3，其响应曲线参数见表3。由图3可见，4种樟属树种叶片光合作用的光响应曲线呈现出相似的变化趋势；当光合有效辐射在0～500 μmol/（m2・s）时，随着光合有效辐射的增强，净光合速率迅速增加；当光合有效辐射超过500 μmol/（m2・s）后，净光合速率上升缓慢；不同树种的净光合速率高低排序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂。从表3可知，4种樟属树种的光饱和点均较高，在1 258.3～1 458.1 μmol/（m2・s），不同树种的光饱和点高低排顺序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂。一般来说光饱和点高的树种喜光，利用强光的能力强[32]。

在低光合有效辐射条件下，4种樟属树种的净光合速率（y）-光合有效辐射（x）的模拟直线方程分别表述如下：

香樟是y=0.059 6 x-1.291 6，（R2=0.959 1）；

岩桂是y=0.020 3 x-0.586 7，（R2=0.958 7）；

天竺桂是y=0.032 9 x-1.637 7，（R2=0.936 4）；

猴樟是y=0.048 3 x- 1.763 2。（R2=0.992 3）。

各直线方程的初始斜率dPn/dPAR即为表观量子效率。由表3可知，4种樟属树种的表观量子效率高低排序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂，以香樟的表观量子效率（0.059 6 mmol CO2/mol photos）最高，猴樟、天竺桂的表观量子效率（分别是0.048 3、0.032 9 mmol CO2/mol photos）处在中间，岩桂的表观量子效率（0.020 3 mmol CO2/mol photos）最低。说明香樟在光合能力与对弱光的利用效率方面明显高于其他3个树种，反映出香樟的光合同化潜力最大，对弱光的利用能力最强，在弱光条件下仍能维持较高的光合能力。

植物叶片光合作用的光饱和点与光补偿点反映了植物对光照条件的要求，是判断植物有无耐阴性的重要指标[30]。由表3还可知，4种樟属树种的光补偿点在21.7～49.7 μmol/（m2・s），不同树种的光补偿点数值高低排序为天竺桂、猴樟、岩桂、香樟。其中香樟、岩桂的光补偿点相对较低，分别为21.7、28.9 μmol/（m2・s），说明这2个树种对弱光的利用能力相对较强；而猴樟、天竺桂的光补偿点相对较高，分别为36.5、49.7 μmol/（m2・s），说明这2个树种对弱光的利用能力相对较弱。

2.4 樟属树种叶片光合作用的净光合速率-胞间CO2浓度响应曲线

4种樟属树种叶片的净光合速率-胞间CO2浓度的响应曲线见图4，其响应曲线参数见表3。由图4可知，4种樟属树种净光合速率均随CO2浓度的升高而增大，这也表明在一定程度上CO2浓度的升高对植物有增加营养的作用。以此可推出CO2在一定浓度范围内当不受其他环境条件限制时，净光合速率随CO2浓度的升高而增大。但这只是在CO2浓度升高后短时间的表现，至于植物长期处于高浓度CO2的环境中其生理特性有何变化，还有待进一步研究来探寻。

在低浓度CO2条件下，4种樟属树种的净光合速率（y）-胞间CO2浓度（x）的模拟直线方程分别表述如下：

香樟是y=0.031 3 x-1.837 2，（R2=0.998 6）；

岩桂是y=0.016 7 x-1.383 1，（R2=0.999 8）；

天竺桂是y=0.012 2 x-1.433 7，（R2=0.999 6）；

猴樟是y=0.009 3 x-1.233 9，（R2=0.995 9）。

各直线方程的初始斜率dPn/dCi即为羧化效率。由表3可知，香樟、岩桂、天竺桂、猴樟的羧化效率分别为0.031 3、0.016 7、0.012 2、0.009 3，高低排序为香樟、岩桂、天竺桂、猴樟；CO2补偿点分别为58.7、82.8、117.5、132.7 μmol/mol，高低排序为猴樟、天竺桂、岩桂、香樟。CO2补偿点是区分C3与C4植物的重要参数，C3植物的CO2补偿点较高，常常大于30 μmol/mol；而C4植物的CO2补偿点很低，总是在10 μmol/mol以下；C3-C4中间型植物则居于两者之间[33]。试验结果说明这4种樟属树种为C3植物，且利用低浓度CO2的能力不强；不过相比较而言，香樟具有较高的CO2利用率。

3 小结与讨论

试验结果表明，4种樟属树种香樟、岩桂、天竺桂、猴樟的光合速率日变化趋势基本相同，在春、夏季都呈“双峰”型曲线，出现典型的“光合午休”现象，并且第一峰值大于第二峰值，而在秋季各树种的净光合速率呈“单峰” 型曲线，说明植物光合作用生理指标的日变化随着环境条件变化而表现各异。从生长季节来看，夏季的净光合速率迅速增加，秋季次之，春季最小；这可能是随叶片的展开与叶片自身形态建成后相关的呼吸作用减弱有关[2]；而出现“光合午休”现象的原因，可能是中午的光合有效辐射较大、气温过高引起了气孔的部分关闭而产生的[21]。在不同生长季节里，香樟的日均净光合速率都是最大，其余3个树种则有波动，说明植物光合作用生理指标的季节变化随着植物种的不同而表现各异。

净光合速率-光合有效辐射的响应曲线可反映植物光合速率随光照强度增减的变化规律[34]。试验中，4种樟属树种叶片光合作用的光响应曲线呈现出相似的变化趋势，当光合有效辐射在0～500 μmol/（m2・s）时，随着光合有效辐射的增强，净光合速率迅速增加；当光合有效辐射超过500 μmol/（m2・s）后，净光合速率上升缓慢；不同树种的净光合速率高低排序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂，说明香樟的生物质生产力非常突出。

光照强弱对植物的光合作用有显著的影响，不同生态型的植物对光照的响应不尽相同，其光合速率变化在强光或弱光条件下均有差异产生[35]。试验中，4种樟属树种的光饱和点均较高[1 258.3～1 458.1 μmol/（m2・s）]，光饱和点高低排序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂，说明它们对强光的利用能力较强。而光补偿点在21.7～49.7 μmol/（m2・s），不同树种的光补偿点高低排序为天竺桂、猴樟、岩桂、香樟，其中香樟、岩桂的光补偿点相对较低，说明这2个树种对弱光的利用能力相对较强；天竺桂、猴樟的光补偿点相对较高，说明这2个树种对弱光的利用能力就相对较弱。

表观量子效率是植物对CO2同化能力的体现，反映了植物对弱光的利用能力[36]；也可以反映叶片的光合潜能。植物的表观量子效率数值越高，则植物利用弱光的能力越强，光合同化潜力越大[12]。试验显示，香樟、岩桂、天竺桂、猴樟的表观量子效率分别为0.059 6、0.020 3、0.032 9、0.048 3 mmol CO2/mol photos，高低排序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂，以香樟的表观量子效率最大，说明其利用弱光的能力较强，光合同化的潜能较高，在弱光条件下仍能维持较高的光合能力。

试验中，4种树种在CO2 1 000 μmol/mol浓度下的最大净光合速率比在光合有效辐射1 000 μmol/（m2・s）条件下有较大幅度的提高，进一步证实了4种树种在强光环境下，光合速率在很大程度上受CO2供应的限制。CO2补偿点低是作物常具有净光合速率高、产量高的特征[37]，因此低CO2补偿点常被用作选育高产作物品种的生理指标[38]。香樟、岩桂、天竺桂、猴樟的CO2补偿点分别为58.7、82.8、117.5、132.7 μmol/mol，高低排序为猴樟、天竺桂、岩桂、香樟；反映出香樟的CO2补偿点比其他树种明显低，因而香樟具有较高的CO2利用率，能较充分地利用大气中低浓度的CO2，利于自身快速生长。

在自然环境下，没有一种环境条件是恒定不变的，也很少有各种环境条件综合起来都适于光合作用高效进行的情况出现；加上植物种的生态适应性各异，所以影响光合作用的环境因子在不同植物上表现也不同。试验结果显示，采用多元逐步回归分析后发现，对香樟的净光合速率有显著影响的因子是光合有效辐射、气孔导度和胞间CO2浓度，对岩桂和天竺桂的净光合速率有显著影响的因子是气温、气孔导度和胞间CO2浓度，对猴樟的光合速率有显著影响的因子是光合有效辐射和气温。

参考文献：

[1] BUCHANAN B B， GRUISSEN W，JONES R L. Biochemistry and molecular biology of plants [M]. Rockville： The American Society of Plant Physiologist，2000.260-310.

[2] 许大全.光合作用效率[M].上海：上海科学技术出版社，2002.

[3] 王中生.樟科观赏树种资源及园林应用[J]. 中国野生植物资源，2009，20（4）：31-32.

[4] 郑万钧.中国树木志（第二卷）[M].北京：中国林业出版社，1985. 2124-2131.

[5] 王万喜，贾德华.樟树的绿化应用[J].北方园艺，2007（4）：144-145.

[6] 朱亮峰.我国樟属精油资源研究近况[J]. 植物资源与环境，1994，13（2）：51-55.

[7] 马英姿，谭 琴，李恒熠，等.樟树叶及天竺桂叶的精油抑菌活性研究[J].中南林业科技大学学报，2009，29（1）：36-40.

[8] 吕美琼.樟树的特征特性及栽培技术[J].云南农业科技，2010（5）：48-49.

[9] 韦小丽.不同光环境下香樟、猴樟苗木的生态适应[J].山地农业生物学报，2003，22（3）：208-213.

[10] 刘德良，王楚正.几种樟树育苗及幼苗生长特性观察[J]. 经济林研究，2003，21（1）：25-28.

[11] 闫文德，田大伦，项文化.樟树林冠层生态因子及其对蒸腾速率的影响[J].林业科学，2004，40（2）：170-173.

[12] 尤 扬，贾文庆，姚连芳，等.北方盆栽香樟幼树光合特性的初步研究[J].上海交通大学学报（农业科学版），2009，27（4）：399-402.

[13] 张江涛，刘友全，赵蓬晖，等.欧美杨无性系幼苗的光合生理特性比较[J].中南林业科技大学学报，2007，27（4）：8-11，22.

[14] 赵溪竹，姜海凤，毛子军.长白落叶松、日本落叶松和兴安落叶松幼苗光合作用特性比较研究[J].植物研究，2007，27（3）：361-366.

[15] 应叶青，吴家胜，戴文圣，等.柃木苗期光合特性研究[J].浙江林学院学报，2004，21（4）：366-370.

[16] 江锡兵，李 博，张志毅，等.美洲黑杨与大青杨杂种无性系苗期光合特性研究[J].北京林业大学学报，2009，31（5）：151-154.

[17] 潘瑞炽.植物生理学[M]. 北京：高等教育出版社，2001.

[18] 李合生.植物生理生化试验原理和技术[M]. 北京：高等教育出版社，2007.

[19] 武维华.植物生理学[M].第二版.北京：科学出版社，2008.

[20] 邹 琦.植物生理学实验指导[M].北京：中国农业出版社，2001.

[21] 沈允钢，施教耐，许大全.动态光合作用[M].北京：科学出版社，1998.

[22] 孙 磊，程嘉翎，方荣俊，等.桑树春季光合速率变化及其影响因子的研究[J].中国蚕业，2010，31（1）：13-16.

[23] 刘群龙，宁婵娟，王 朵，等.翅果油树净光合速率日变化及其主要影响因子[J].中国生态农业学报，2009，17（3）：474-478.

[24] 伍恩华，李燕华，刘 强，等.青皮苗木在不同光照处理下的光合作用日变化特征[J]. 海南师范大学学报（自然科学版），2009，22（2）：186-203.

[25] 王亚辉，童再康，黄华宏，等.光皮桦光合特性的研究[J].湖北农业科学，2012，51（18）：4041-4046.

[26] 陈建勋，王晓峰，植物生理学实验指导[M].第二版.广州：华南理工大学出版社，2006.

[27] 唐启义，冯明光.实用统计分析及其DPS数据处理系统[M].北京：科学出版社，2002.

[28] 杨模华，李志辉，黄丽群，等.银杏光合特性的日变化[J].经济林研究，2004，22（4）：15-18.

[29] 陈贤田，柯世省.茶树光合“午休”的原因分析[J].浙江林业科技，2002，22（3）：81-83.

[30] 王 雁，苏雪痕，彭镇华.植物耐荫性研究进展[J].林业科学研究，2002，15（3）：349-353.

[31] 刘宇峰，萧浪涛，童建华，等.非直线双曲线模型在光合光响应曲线数据分析中的应用[J]. 中国农学通报，2005，21（8）：76-79.

[32] 王 强，温晓刚，张其德.光合作用光抑制的研究进展[J].植物学通报，2003，20（5）：539-548.

[33] 李海梅，何兴元，王奎玲，等.沈阳城区五种乔木树种的光合特性[J].应用生态学报，2007，18（8）：1709-1714.

[34] 向小奇，陈 军，陈功锡，等. 猕猴桃夏季叶温、蒸腾及光合作用[J]. 果树科学，1998，15（4）：368-369.

[35] 朱万泽，王金锡，薛建辉.台湾桤木引种的光合生理特性研究[J].西北植物学报，2004，24（11）：2012-2019.

光合作用特点篇（3）

中图分类号 S682.31 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）23-0150-02

石斛属是兰科中最大属之一，全属1 000～1 400个原生种，中国有81个原生种（变种），主要分布在云南、广西、贵州和台湾等省（区）[1]。春石斛为兰科石斛属多年生落叶植物，自然花期多在3―4月（春季），故名“春石斛”[2]，具有极高的观赏价值和药用价值。目前，国内关于春石斛光合特性的研究报道多为霍山石斛、铁皮石斛、金钗石斛等原生种的[3-8]，而作为春石斛产业化主力军的杂交品种的光合特性却鲜有报道。本文对4个观赏春石斛杂交品种的光合特性进行初步研究，以为其产业化生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以东莞市粮作花卉研究所试验基地提供的彩蝶石斛兰（Den.Chian-Tzy Lixia ‘Colorful Butterfly’）、玉桃石斛兰（Den.Chian-Tzy Sweet ‘Jade Peach’）、甜心石斛兰（Den.Lucky Girl ‘Sweetheart’）、仙女之吻石斛兰（Den.Chian-Tzy Mild ‘CT-Fairy Kiss’）成熟未开花植株为材料，于2015年8―9月进行试验。

1.2 试验方法

1.2.1 叶绿度（SPAD）测定。采用叶绿度测定计（spad-502，Japan）测定。选取植株距顶端2～3片完全展开叶（中脉两侧，距叶尖1/3处）进行叶绿度的测定，每个品种测定5个个体，每个个体重复3 次，所有数据用SPSS统计软件进行处理与分析。

1.2.2 光响应曲线（Pn-PAR）测定。选择晴天的9：00―11：00，使用 CI-340 便携式光合作用测定仪（CID，Inc，USA）测定。测量时均选用叶位相当、发育成熟的功能叶片进行。光合有效辐射红蓝光源设置1 500、1 200、1 000、800、600、400、300、200、100、50、0 μmol/（m2・s）11个梯度，每一光强下适应10 min后测定。测定条件：叶温26 ℃，CO2浓度350 μmol/mol，相对湿度在70%左右。通过回归分析拟合光合作用-光响应（Pn-PAR）曲线。

2 结果与分析

2.1 不同观赏春石斛叶片的叶绿度

由表1可以看出，不同品种间春石斛叶片的叶绿度差异显著，其中玉桃的最高，其值超过60，仙女之吻、彩蝶的叶绿度相当，甜心的叶绿度最低。

2.2 光响应曲线（Pn-PAR）

由图1可以看出，4种春石斛的Pn-PAR曲线呈相似的变化趋势，PAR在0～400 μmol/（m2・s）内，随着PAR的增强，Pn呈线性迅速增大，当PAR 为400～1 000 μmol/（m2・s）时，Pn增加趋缓；当PAR为1 000～1 200 μmol/（m2・s）时变化趋于平缓，PAR再升高，Pn则会呈现不同程度的回落，出现了光抑制现象。4种春石斛的净光合速率都显著低于常见的C3植物[10～25 μmolCO2/（m2・s）]。

由表2可以看出，在达到光饱和点后，彩蝶、玉桃、甜心、仙女之吻的最大Pn分别为5.97、5.09、6.53、4.73，由大到小顺序为甜心>彩蝶>玉桃>仙女之吻。玉桃和仙女之吻的光补偿点相近，甜心的光补偿点最小，彩蝶的最大，由大到小顺序为彩蝶>玉桃>仙女之吻>甜心。

由图2可以看出，彩蝶、玉桃、甜心、仙女之吻的表观量子效率分别为0.008、0.012、0.014、0.012，差异较小，且整体值都较低，说明石斛兰的光能利用效率比较低，其利用弱光的能力由大到小顺序为甜心>玉桃≈仙女之吻>彩蝶。

3 结论

研究结果表明，4种观赏春石斛的光响应曲线具有相近的变化趋势，但对光照的适应存在一定差异。4种春石斛中，甜心的光补偿点和光饱和点都最低，但却有最高的净光合速率，说明甜心对光能的利用能力最强。彩蝶的光饱和点最高，说明彩蝶光合作用的能力最强。4种春石斛的光饱和点都在1 000 μmol/（m2・s）以下，当光合有效辐射PAR达到1 200 μmol/（m2・s）时，其净光合速率Pn均有不同程度的下降，引起石斛兰光抑制现象，具有阴生植物的特性。建议人工栽培应遮光，最强光照勿超过光饱和点，这样更有利于石斛兰的生长发育。

4 参考文献

[1] 王雁，李振坚，彭红明，等.石斛兰资源・生产・应用[M].北京：中国林业出版社，2007.

[2] 乔佳伟.春石斛栽培要点[J].中国花卉园艺，2005（8）：18-20.

[3] 徐云昌鸟，余文力，吴庆生，等.霍山石斛的光合特性研究[J].应用生态学报，1993，4（1）：18-21.

[4] 苏文华，张光飞.金钗石斛光合作用特征的初步研究[J].中药材，2003，26（3）：157-159.

[5] 张玲菊，高亭亭，章晓玲，等.5个种源铁皮石斛的光合特性[J].浙江农林大学学报，2013，30（3）：359-363

光合作用特点篇（4）

中图分类号：S127 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2012）24－5783-05

农作物种植面积的遥感提取是在收集分析不同农作物光谱特征的基础上，通过遥感影像记录的地表信息识别农作物的类型，统计农作物的种植面积。农作物的识别主要是利用绿色植物独特的波谱反射特征，将植被（农作物）与其他地物区分开［1］。不同农作物类型的识别主要依据两点：一是农作物在近红外波段的反射主要受叶子内部构造的控制，不同类型农作物的叶子内部构造有一定的差别［2］；二是不同区域、不同类型作物间物候历的差异，可利用遥感影像信息的时相变化规律进行不同农作物类型的识别［3］。因此遥感影像分析方法的发展推动农作物种植面积的遥感提取方法的研究。而“同物异谱”、“异物同谱”以及“混合像元”现象制约着遥感影像分析方法的发展［4］。目前常用的提取农作物种植面积的影像分析方法有目视法、监督分类法、非监督分类法、作物特性法，这些方法主要运用到高分辨率的影像图片上（如TM数据），因为农作物种植最小面积远远大于卫星的探测单元瞬时视场角所对应的地面范围，可以把像元看成纯净像元；而对基于低分辨率、高光谱、混合像元为特性的中分辨率成像光谱仪（MODIS）数据而言，其探测单元瞬时视场角所对应的地面范围（1　km×1　km）同时种植好几种作物，运用传统统计模式分析方法会产生很大的误差，因此目前很少人运用单纯的MODIS卫星图片来计算县级农作物面积。

为了计算混合像元中各地物的丰度，可通过获取卫星资料上纯净地物像元的光谱特征曲线，来人工合成某种地物不同比例、不同其他地物混合情况下的光谱数据，用这些光谱数据作为已知的监督点建立判别方程来进行分类处理，并将含这种地物相同比例的混合像素归为一类，这样可以得到这种地物各种比例下的分布面积，将其面积与此地物所占的比例相乘便可以得到此地物的总的分布面积，这就是改进型混合像元判别分析法。

改进型混合像元判别分析法建立在线性混合模型的基础上，是将人工合成的光谱特性作为监督点进行监督分类，因而纯净地物像元的选择对此方法的判断精度影响很大，而且为了避免异物同谱现象出现，只能采用能精确反映地物光谱特性的高光谱卫星数据，用高光谱特性中的地物信息最大限度地消除低空间分辨率带来的误差，而MODIS有22个反射波段，只要能找到纯净地物像元的光谱数据，便可以相对精确地计算出各种地物的分布特点和面积。

2 资料的分析与处理

选定的地点是湖北省江陵县，江陵县是荆州市农业大县，处于江汉平原西南部，地势平坦，紧靠长江，水系发达；种植制度单一，只有小麦－棉花和油菜－中稻两种。选取的MODIS卫星资料的日期为2001年9月15日（晴天、无云），此时中稻处于成熟期，叶片偏黄（收获期为9月23日），棉花处于采摘期，叶片还是绿色。

2．1 MODIS卫星资料的预处理

NASA网站上提供的MODIS数据是经过大气校正过的MODIS　L1B（MOD02）格式的资料，运行ENVI软件中专门针对MODIS原始数据进行坐标转换的程序，将资料转成Krasovskv地球模型、Albert投影方式坐标的栅格数据；并运用江陵县矢量地图采用MASK方式将江陵县栅格数据取出来。

2．2 改进型混合像元判别分析法的处理步骤

2．3 对比数据的计算

2．3．1 实际结果的计算 选用采用同日期的TM卫星资料的监督分类法计算的种植面积作为标准，其计算方法如下。

1）伪彩色图的生成。在ENVI软件中将70、40、20　μm波段的数据当成红、绿、蓝3种颜色形成一张伪彩色图，中稻和棉花很容易分辨，绿色部分为棉花，红棕色地物为中稻，水系为蓝色，而城镇为灰色。

2）监督点的选取。根据江陵县的特点将地物分为4类，取长江和木沉渊湖作为水体地物的监督点，郝穴镇（县城）为城镇的监督点，三湖农场作为棉花的监督点，而传统中稻种植区白马镇作为中稻的监督点。

3）数据资料的监督分类。通过ENVI软件，根据上面选取的已知监督点光谱数据，运用Mahalanobis距离法来进行监督分类。

3 结果与分析

3．1 改进型混合像元判别分析法计算的结果分布图与其他方法和实际的比较结果

因此运用改进型混合像元判别分析法能准确地反映棉花和中稻的分布规律，特别是在一些零星种植区和两种农作物交叉种植区都能很好地体现，这是用传统型监督分类法无法实现的；为了更好地比较检验改进型混合像元判别分析法的效果和分析改进型混合像元判别分析法的误差来源，将图2中各种比例的种植区分类结果分别与TM监督法统计的实际结果进行比较，得到的结果见表3。由表3可知，各分类区内实际情况与计算结果基本相符，证明改进型混合像元判别分析法的分类原理是正确的，但也有一定的误差，其误差来源有两个方面：一个是混合像素内小于25％地物的光谱特性基本消失，不容易识别；另一方面是100％种植区里还有其他地物区分不出来。但总的来讲，改进型混合像元判别分析法最大限度地利用高光谱特性提取了混合像元中农作物信息，最大精度地显示了农作物种植分布情况。

3．2 3种方法计算结果的比较

由于江陵县作物种植相对单一，因此很好寻找单一地物的像元，如果找不到这样的监督点，采用此方法会有很大的误差。

4 结论

改进型混合像元判别分析法是由线性混合模型发展而来，原理简单易懂；实现容易，只要SPSS软件和ENVI软件就能完成计算过程；最大限度地利用高光谱特性提取了混合像元中农作物信息，最大精度地显示了农作物种植分布情况，误差最小。因此运用在混合像元为特性的MODIS卫星上比较合适，影响其误差大小的主要因素是监督点的选取。

另外作物光谱特性差异法原理简单、计算方便，但误差比较大；监督分类法误差最大，不适合运用在低分辨率高光谱的MODIS卫星上。

参考文献：

［1］　周成虎，骆剑承．遥感影像地学理解与分析［M］．北京：科学出版社，1999．

［2］　斯韦恩P　H，戴维S　M．遥感定量方法［M］．北京：科学出版社，1984．

［3］　孙九林．中国农作物遥感动态监测与估产总论［M］．北京：中国科学技术出版社，1996．

［4］　章孝灿，黄智才．遥感数字图像处理［M］．　杭州：浙江大学出版社，1997．

光合作用特点篇（5）

透镜可以看作是由多个三棱镜组合而成的，凸透镜可以近似看作是如图2(甲)那样放置的棱镜和玻璃块的组合，凹透镜可以近似看作是如图2(乙)那样放置的棱镜和玻璃块的组合，从这两幅图上，我们很容易看出“凸透镜对光有会聚作用”和“凹透镜对光有发散作用”。

要特别注意的是：“会聚作用”和“发散作用”的区别，不是看光线能不能会聚到一点，而要看光线是向主光轴偏折还是向远离主光轴的方向偏折，因此，你知道图3和图4所示的虚线框内分别是什么透镜吗?

二、关于透镜的三条特殊光线

有三条代表性的光线(也称特殊光线)可以基本上反映透镜对光的折射规律，

1　凸透镜――结合图5(甲)、(乙)、(丙)来认识。

需要注意的是：作图时要正确应用实线、虚线和箭号，

三、典型例题解析

例1根据光路图，在图7(A)和(B)虚线框中填入适当的透镜。

提示入射光线、折射光线都用单箭头和双箭头加以区别。要注意它们的对应关系。

解析由于已知虚线框中是透镜，可以根据入射光线和折射光线的对应关系，在图上将对应光线连接起来，如图8(A)和(B)所示，这样就容易看出：图(A)中的透镜对光有发散作用，是凹透镜；图(B)中的透镜对光有会聚作用，是凸透镜，

思考如果图7中的入射光线、折射光线不用单箭头和双箭头加以区别，那么答案会是怎样的?

例2如图9所示，是一束光线经过某一透镜前后的情景，请在图中恰当的位置画出适当的透镜，并画出透镜的主光轴及透镜的焦点。

提示本题属于答案开放型题目，有多种可能的答案，解答时，正确应用透镜的特殊光线，画出你所考虑到的情况。

解析在思考时要考虑到：其一，透镜有两种；其二，透镜有不同的放置方式；其三，入射光线或折射光线与透镜焦点的特殊对应关系，答案如图10所示。思考你能否画出凹透镜斜放时的情况?如果本题为光线经过平面镜的情景。那么答案又会是怎样的?

例3 如图11，A为发光点，A’是A通过透镜所成的像，横线是主光轴，利用作图法找出透镜和焦点位置，

光合作用特点篇（6）

在可见光的照射下，植物利用叶绿素进行光合作用，以获得生长发育所需的养分。因此光照强度是影响植物光合作用的主要因素。每种植物在长期的生长过程中形成了特定的对光照的需求。而光照条件的改变，尤其是遮荫，也就是光照减弱，会影响叶绿素含量以及植物光合作用的发生。对园艺园林树种来说，遮荫对其光合特性也有影响。具体表现在以下几方面。

1对叶绿素含量的影响

叶绿素是与光合作用有关的最重要的色素，它存在于所有能营造光合作用的生物体中。叶绿素从光中吸收能量，所吸收的能量用来将二氧化碳转变为碳水化合物。因此叶绿素含量对植物来说至关重要。衡量植物耐阴性的指标是植物本身叶绿素的含量以及叶绿素a和叶绿素b的比值。耐阴性差的植物叶绿素含量较低，且叶绿素a与叶绿素b的比值较大，即叶绿素a的含量较高。耐阴性强的植物则刚好相反，叶绿素含量高，且叶绿素b的含量高，两者比值较小。一部分研究者认为，遮荫可增加单位面积内的叶绿素，但也有一部分研究者认为遮荫条件下叶绿素降低。

2使叶绿体超微结构发生变化

对一般的植物来说，遮荫能够增大叶绿体，提高基粒片层密度，这也是适应植物弱光环境的表现。经研究发现，大部分植物在全光照环境下，基粒细胞较小，质类囊体较多；而随着渐渐遮荫减少光照，植物的几粒细胞慢慢变大，基粒类囊体变少。

3对光合产物的运输和分配的影响

光合作用产生的营养物质一方面作为植物自身消耗，而剩余的部分则被输送到植物的储存器官中储存起来。光照强度一方面对光合作用的强弱产生影响，另一方面还对营养物质的输送和分配产生影响。如果光照弱到一定程度，就会使光合产物的积累减少，植物无法产生营养物质，不能满足其自身的生长，出现变黄等现象。而且如果光照强度减少，一些喜爱阳光的树种就会逐渐减小自身的树冠，将更多的碳输送到其他部位，以获得更多的阳光来促使其生长。因此在对园艺园林树种进行遮荫操作时，要考虑到这一类树种的习性。

4对光合速率的影响

光合速率是指光合作用固定二氧化碳或产生氧气的过程，它表示了光合作用的强度。即光合速率就是指植物在光合作用中吸收二氧化碳的能力。吸收的二氧化碳越多，产生的碳水化合物越多，对植物自身的生长越有利。遮荫对植物的光合速率产生影响，但这种影响促进了植物自身的生长。因为在强光情况下，尤其是正午时分，太阳照射达到最强。强光会产生单线态氧，这是一种破坏光合反应中心的有害物质。当光能照射量超过光合系统所能利用的数量时，就会导致植物的光合功能下降，光合效率降低。尤其在碳同化能力和光饱和点较低的植物上体现得尤为明显。

5对光饱和点和光补偿点的影响

光饱和点是指在一定的光强范围内，植物的光合强度会随着光照强度的增加而增加。但当光照强度达到一定的程度之后，光合强度不再继续提高时所处的临界值。尤其是喜阴植物，达到光饱和点的速度较快。光补偿点则是指在一定的光照强度下，光合作用吸收二氧化碳的数量和呼吸作用的数量达到平衡时的光照强度。在这一平衡点上时，植物的吸收和消耗相同。植物的光饱和点和光补偿点显示了植物对弱光的利用能力。遮荫导致植物受到的光照强度减弱，植物的光饱和点和光平衡点随之降低，提高了植物对弱光的利用率。

6对植物气孔和蒸腾作用的影响

光合作用特点篇（7）

随着人们生活水平的不喔纳朴胩岣撸越来越多的人重视休闲度假。我国的旅游事业也快速发展。旅游观光车，作为现代旅游的代步工具，深受人们的喜爱。旅游观光车作为一种特别的车辆类产品，被广泛地运用到各种旅游风景区，度假村，游乐场、高档小区以及步行街等地方。

由于观光车行业比较小没有严格的外形要求，生产制造观光车的技术水平又各不相同，生产使用的材料各不相同，导致观光车的质量各异。下面对常用的外壳材料、性能特点和优缺点进行比较。

一、观光车的外壳材料。

用于观光车外壳材料主要有塑料外壳和玻璃钢外壳。塑料外壳由塑料制作而成，它是一种合成树脂的有机高分子化合物。玻璃钢外壳由玻璃钢制作而成，它主要由玻璃纤维物与合成树脂复合而成。玻璃钢作为新型的化工材料，被广泛地运用到各个领域。

二、比较玻璃钢和塑料的性能特点。

1.玻璃钢与塑料的性能特点。

1.1 组成成分。玻璃钢主要是有增强材料、树脂以及辅助材料合成的。树脂由不饱和聚酯树脂以及其他树脂组成。增强塑料主要由各种纤维组成，例如玻璃纤维、金属纤维、陶瓷纤维等。辅助材料主要是指固化剂、阻燃剂、脱模剂以及颜料等。而塑料主要是由合成树脂组成的高分子化合物。

1.2 特性。玻璃钢主要是依靠合成树脂与玻璃纤维复合，通过固化剂的作用，使之形成高强度的玻璃钢。玻璃钢的密度很小，大约是钢密度的四分之一，但是，它的强度却很高，甚至高于钢与铜的合金。玻璃钢的密度相对于塑料的密度要大一些，但是，强度远远超出塑料。与传统的塑料材料相比，玻璃钢具有高强度的明显优势。其次，玻璃钢的设计比较灵活，容易成型。玻璃钢不受形状的限制，能够很容易制成各种各样的形状的模型。再次，玻璃钢在具有良好的绝缘性，也比较耐腐蚀，它不像金属材料那样容易腐蚀生锈，也不像塑料那样容易腐烂，具有较强的抗油、水以及耐腐蚀的性能。此外，玻璃钢还具有透光性能好，耐热能力强的特点。玻璃钢的导热系数远远低于金属，而且耐热性能远远高于塑料制品。而塑料主要由合成树脂通过添加剂制成的高分子化合物。塑料的密度很小，只有钢铁的八分之一到四分之一，具有良好的耐腐蚀性及绝缘性，且塑料比较容易成型，生产成本相对较低。而且能够吸收大量的能量，对撞击可以起到有效的缓冲作用，但是由于塑料的强度比较低 、耐热及耐疲劳性能差，且容易变形，老化较快，报废掉的塑料不容易处理，很容易对环境造成污染。

三、观光车外壳采用玻璃钢的优越性。

观光车作为一种新型的旅游交通代步工具，给人们的生活带来了诸多便利。它不仅具有节能环保，操作简单的特点，而且款式比较新颖，很符合现代人们的审美观念。随着社会的不断发展与进步，观光车已经广泛地渗透到人们的生活中。因此，观光车性能的好坏，也备受人们的关注，观光车的外壳选用的材质也更加为人们所重视了。

1.观光车外壳必须具备很高的强度，且具有很好的耐腐蚀性能。由于观光车主要用于一些旅游风景区、公园、酒店、码头、机场、汽车站等场所。首先由于观光车外壳于空气中，长期接受风吹日晒，必须具有良好的耐腐蚀功能。且作为观光车外壳，还需具备高强度性能，这些性能都是普通塑料件无法达到的。因此，观光车采用玻璃钢外壳，具有很明显的优势。

2.观光车外壳应当具备容易成型的特性。由于观光车的种类繁多，款式新颖，外壳形状各不相同，必须具备成型容易的特点，否则容易提高观光车的生产成本，达不到经济实惠的目的。玻璃钢具有成型容易的特点，因此更适合用来制作观光车的外壳材料。而普通塑料由于耐热性能差，不容成型。

3.观光车的外壳须具备良好的抗老化性能。由于观光车经常出入码头、机场、酒店、风景区等地方，车的外壳容易受到辐射以及腐蚀，而玻璃钢作为一种新型的材料，具备耐油、耐水、抗腐蚀的特性，具有很强的抗老化的能力。而塑料件很容易受到油污、酸碱的腐蚀，容易老化，很容易减少观光车的使用寿命。

4.玻璃钢化学性能稳定，且具有较强抗老化性能。由于光观车经常出入码头、机场、酒店、风景区等地方，车的外壳容易受到辐射以及腐蚀，而玻璃钢作为一种新型的材料，具备耐油、耐水、抗腐蚀的特性，具有很强的抗老化的能力，使用寿命较长。而塑料件很容易受到油污、酸碱的腐蚀，容易老化，很容易减少光观车的使用寿命。

5.玻璃钢韧性高，质轻、不容易腐蚀，即使损坏也能够回收利用。光观车的款式与内饰需满足人们的审美需求。随着人们的生活水平不断提高，观光车成也为人们一种常用的代步工具。而成品的光观车的款式，也是人们购车的重要依据。人们选用车的时候，往往会考虑到当前的流行款式。而采用玻璃钢，能够很容易的生产出各种款式的光观车。其次，车的内饰件也被人们所重视。传统的轿车都采用金属、木材以及纤维材料，在外观和质量上都不甚理想。随着经济的快速发展，人们的环保意识不断增强，努力寻求一种能够回收利用，且具有强度高、质地轻、耐腐蚀、韧性高的玻璃钢材料，满足人们对车的内饰的需求。

四、玻璃钢与塑料件在观光车上应用的优缺点。

观光车作为一种现代经济节能环保的交通工具，能够获得可观的经济效益。玻璃钢用于制作观光车外壳，能够有效减低车身的质量，从而降低燃油的损耗。与此同时，玻璃钢具有隔音效果好，隔热、防震性能明显优于一般的塑料及金属制品，同时具备阻燃性能，越来越被广泛地运用到观光车造车行业。

玻璃钢在观光车外壳及部件上的应用。由于玻璃钢成型与流线型的车身，且具备质量轻、强度高的特性，比较容易成型，外观漂亮，抗腐蚀、抗老化性能较好。但是，玻璃钢的生产成本相对较高。而塑料件一般强度不高，很容易变形。特别在寒冷冬天，容易有裂纹。其次，由于观光车外观款式新颖，用于制作观光车的塑料件不容成型，导致生产难度增加，从而导致生产成本增大。再次，由于塑料件的抗腐蚀性和抗老化性能较差，使用寿命不高，报废的塑料件不容易处理，容易对环境造成污染。

总之，随着经济的快速发展，能源危机凸显，人们的环保意识也在不断的增强，为了更好的满足人们对生活环境的需求，作为节能、环保的观光车交通工具迅速发展，然而在技术条件的限制下，观光车的制造上依然存在着不足之处。我们应当努力开发性能更好的材料，采用先进的技术，制造出更加美观、更加节能环保的观光车，为保护环境以及缓解能源危机做出重要的贡献。

参考文献：

光合作用特点篇（8）

中图分类号：TP212；TN913.33 文献标志码：A 文章编号：1005-2615（2015）03-0397-06

Sensitivity of Optical FBG Sensor Under Dynamic/Static Load

Zeng Jie，Wang Wenjuan， Wang Bo，Wang Xinwei，Zhang Xianhui，Song Hao

Abstract：For meeting the need of monitoring dynamic/static load of plate structurc in the aerospace field， the fiber Bragg grating （FBG） sensing characteristics based on aluminum plate structure are researched. From the perspective of monitoring static load， the relationships between the offset of FBG center wavelength and the loading distance， the loading size and the loading angle are obtained. Fromthe perspective of monitoring dynamic load， under loading with different distancc and angles， the response characteristics about the maximum peak amplitude of FBG center wavelength and the eigenvalue of energy spectrum based on wavelet packet decomposition changing with the impact loading are obtained. The results show that under dynamic/static load， FBG center wavelength offset increases with the increase of the load， which shows a good monotone increasing relationship. In addition， FBG shows a good sensitive characteristic of load-direction， and the response-sensitivity gradually increases wiih theincrease of loading angle. These features can provide useful help for further study on identifying static and dynamic load as well as monitoring damage of plate structure based on FBG sensors.

基金项目：国家自然科学基金（51275239）资助项目；航天CAST创新基金、江苏省产学研联合创新资金（BY2014003-Ol）资助项目；中国博士后科学基金（20090461116）资助项目；航空科学基金（20125652055）资助项目；博士学科点专项科研基金（20123218110003）资助项目。

收稿日期：2014-12-29；修订日期：2015-01-27

Key words； fiber brag g grating； dynamic/static load； sensitive features； plate structure

航空航天器和船舶在制造、使用和维护过程中会不可避免地受到各种形式的动静态载荷，而长期受到这种动静态载荷作用则会导致结构的损伤和结构承载性能的下降[1-2]。这些损伤的产生机理和发生方式复杂和隐蔽，损坏的类型和程度难以判断。如果不及时发现并采取相应的措施，将导致结构破坏积累，造成巨大的人员伤亡和财产损失。光纤光栅传感器以其体积小、抗电磁干扰、高可靠性、耐腐蚀和易于构建分布式测量网络等优点大量应用于结构损伤监测领域[3-4]。

国内外学者已开展了许多关于光纤光栅传感器及其在不同机械结构领域损伤监测方面的研究工作。2007年日本航空宇宙研究所Takeda等[5]将光纤光栅传感器连同其他传感器埋入复合材料机翼结构组成传感器网络，对机翼疲劳、冲击损伤进行监测。2010年美国国家宇航局在扑食者无人机飞行器翼表上，采用分布式光纤传感器实现翼表结构应变监测[6]。在国内，2009年南京航空航天大学梁大开等[7]采用准分布式光纤光栅传感阵列实现对机翼盒段载荷分布情况的监测。2012年王利恒[8]将光纤光栅传感器应用于碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced plastics，CFRP）低速冲击测试中，对CFRP层合板冲击损伤位置进行了识别。以上研究主要侧重于光纤监测方法的研究，而未开展专门针对光纤光栅传感器敏感特性方面的研究工作。

基于上述分析，本文研究了基于板结构的光纤光栅传感器在不同属性载荷作用下的动静态感知特性，从而为光纤传感器优化布局与特征响应信号选取提供依据。

1 光纤光栅传感器感知原理

结构所受应力应变引起的光纤光栅传感器中心波长偏移量λB可由式（1）表示[9-10]

式中：∧为光栅栅区在应力作用下的弹性变形；neff为弹光效应引起的纤芯有效折射率变化。被测机械结构所受载荷形式不同会导致光纤光栅传感器的∧和neff发生相应变化。在温度恒定条件下，传感器反射光谱中心波长发生改变将主要由光栅周期∧和纤芯有效折射率neff的变化引起。

2 试验系统

动静态载荷作用下光纤光栅传感器敏感特性试验系统，如图1所示。试验对象为正方形铝合金板试件，几何尺寸为1 200 mm×1 200 mm×3 mm。试件采用四边固支方式，其中固支架边框宽度为50 mm。

不同加载条件下板结构对应的载荷响应信号由粘贴于铝合金板试件下表面中心位置的光纤光栅传感器感知，所得的反射光谱中心波长偏移信息再由光纤光栅解调仪调制。试验中选择标准砝码进行静态加载，采用冲击能量为1J的冲击锤模拟低速冲击载荷作用。

由于固支边会对试验结果产生一定的影响，因此在选择划分有效监测区域时，需要使其尽量远离固支边。如图2所示，在铝合金板结构的背面中心位置水平布置一个光纤光栅传感器，再以该板结构的正面中心点作为正方形监测区域的左下角，该正方形有效监测区域面积为300 mm×300 mm。将平行于光纤轴向的方向设为X轴，垂直于光纤轴向的方向设为Y轴。将该区域沿X轴与Y轴划分为6行6列，长宽均为50 mm的单元网格。该图中分别定义沿Y轴方向加载点及其位置坐标依次为：a（0 mm， 50 mm）、b（0 mm，100 mm）、c（0 mm，150 mm）、d（O mm， 200 mm）、e（0 mm，250 mm）、f（0 mm，300 mm）。沿X轴方向加载点及其位置坐标依次为：g（50 mm，0 mm）、h（lOO mm，0 mm）、i（150 mm，0 mm）、j（200 mm，0 mm）、k（250 mm，0 mm）、l（300 mm，0 mm）。

试验中通过施加不同属性的动静态载荷，详细研究加载距离L（加载点与传感器间隔）、载荷大小F以及加载夹角θ（加载点与传感器的连线和光纤轴向的夹角）对光纤光栅传感器敏感特性的影响。

3 静载条件下光纤光栅传感器敏感特性

3.1 中心波长偏移量与加载距离关系

静态加载试验中，采用标准砝码进行加载，砝码并不直接接触板面，而是由一个专用静载模具承载，以便模拟集中载荷作用。

沿图2中所示X轴方向，分别对g、h、i、j、k及l6个加载点施加静态载荷。记录下每次加载光纤光栅传感器对应的中心波长偏移量。沿Y轴方向，按照相同步骤重复以上操作。根据试验结果，得到不同载荷条件下光纤光栅传感器中心波长偏移量与加载距离L的对应关系曲线，如图3所示。

图3显示加载载荷分别为30 N和60 N条件下，光纤光栅传感器中心波长偏移量均随载荷加载距离L的增大而呈指数趋势减少，且加载载倚越大，偏移量下降得越快。由于光纤光栅传感器中心波长偏移量随其所受应变增大而增加，而图3中随着加载点距离光纤光栅传感器越来越远，则相同载荷所引起的传感器粘贴位置板面的应变幅值将越来越小，这就使得传感器中心波长偏移量呈现逐渐减小趋势。

3.2 中心波长偏移量与载荷大小关系

为考察光纤光栅传感器对载荷大小F变化的敏感特性，本节分别选择如图2所示Y轴方向b（0 mm，100 mm）和d（0 mm，200 mm）两个单元节点施加静态载荷。载荷从ON依次加至60，每次加载增加10 N。加载完毕，再从60N依次递减至0N。根据试验结果，得到光纤光栅传感器中心波长偏移量与加/卸载载荷大小对应关系曲线，如图4所示。

图4显示在加载距离L分别为10 cm与20 cm条件下，光纤光栅传感器中心波长偏移量随载荷大小增加而呈现单调递增规律，且具有良好线性度。整个加载和卸载过程光纤光栅传感器巾心波长的响应特性呈现出良好重复性。这是由于在加/卸载阶段，粘贴于铝合金板试件下表面的光纤光栅传感器栅区依次处于拉伸或压缩状态，导致传感器中心波长也随之发生递增或递减趋势的变化。

此外，在相同载荷作用下，加载距离为10 cm处对应的中心波长偏移量要明显高于加载距离为20 cm时对应的偏移量。这是由于随着加载距离增大，载荷造成的传感器所处位置板面形变量呈衰减趋势所致。

3.3 中心波长偏移量与加载夹角关系

为考察光纤光栅传感器对加载夹角θ变化的敏感特性，本节分别选择如图5所示，以传感器所在位置为圆心，以10 cm和20 cm为半径划分两个圆弧，分别按照加载角度为0°，30°，45°，60°，90°共设置10个加载点。

图6显示在相同载荷作用下.光纤光栅传感器中心波长偏移量随加载夹角θ从0～90°的增加而逐渐增大。这表明随着加载点与传感器连线和光纤轴向之间夹角θ逐渐增大，相同载荷所引起的光栅栅区周期变化量∧也随之增大，进而引起中心波长偏移量λ相应变大，使得光纤光栅传感器对来自不同方向的载荷作用表现出不同的敏感特性。如该图中五角星标识双点划线表示加载载荷为60 N，加载距离20 cm时对应的中心波长偏移量与加载夹角θ拟合关系曲线，其斜率约为0. 36 pm/（°）。

当加载点与传感器的连线和光纤轴向夹角为90°时，光纤光栅传感器主要受到类似沿轴向的拉伸力或压缩力。而当加载点与传感器的连线和光纤轴向夹角为O°时，光纤光栅传感器主要受到剪切力作用，这使得光纤光栅传感器具有显著的方向敏感特性。

4 冲击条件下光纤光栅传感器敏感特性

4.1 中心波长偏移量与加载距离关系

为考察冲击载荷距离变化对光纤光栅传感器响应特性的影响，分别采集如图2所示Y轴方向不同冲击位置a（0 mm，50 mm）、b（0 mm，100 mm）、c（0 mm，150 mm）、d（0 mm，200 mm）、e（0 mm，250 mm）、f（0 mm，300 mm）对应的传感器中心波长偏移量冲击响应信号进行分析。

不同冲击加载点对应的光纤光栅传感器响应信号时频域图，如图7所示。研究发现，随着冲击加载距离L增大，光纤光栅传感器中心波长最大偏移量绝对值（定义为最大峰值幅度）大小依次为：λamax>λbmax>λcmax>λdmax>λemax>λfmax。

图7显示铝合金板前两阶固有频率约为15，70 Hz。由幅频图可以发现，中低频固有频率幅值较高，且随着冲击点至光纤光栅传感器距离增大，中低频固有频率频谱幅值呈逐渐减小趋势，而高频部分变化不明显。

图8给出了光纤光栅传感器中心波长最大峰值幅度与冲击距离L之间的对应关系。当冲击距离逐渐增大时，光纤光栅传感器所受应变随之减小，进而导致相应传感器中心波长最大峰值幅度也逐步减小。此外，当冲击距离超过感知阈值时，传感器反射光谱将不再发生变化。这表明冲击点较远时，由于应力波衰减造成远处传感器所处位置应变相对较小，超出了光纤光栅的应变有效感知范围。

基于小波包分解的能量谱特征向量构建原理[11]，选择小波包分解的节点能量作为特征值，用以评估冲击加载距离对FBG中心波长偏移量的影响。将传感器响应信号进行5层小波包分解，选择第5层笫1个节点（频带范围O～16.3 Hz）的能量占总能量的比值定义为节点能量比，并将其作为距离识别的特征指标。为保证分解效果，选取“db8”小波基作为小波函数。

利用小波包分解技术提取冲击信号的特征参数，得到各个冲击点位置节点能量比值与冲击距离L之间的曲线关系，如图9所示。该曲线显示光纤光栅传感器节点能量比值随冲击点到传感器栅区的距离增大而减小，这与图8所示的光纤光栅传感器中心波长最大峰值幅度随冲击距离变化而改变的规律相一致，表明该节点能量比值指标同样能够较好地反映出冲击点至光纤光栅传感器栅区距离的情况。

4.2 中心波长偏移量与加载夹角关系

为考察冲击加载夹角变化对光纤光栅传感器敏感特性的影响，采集如图5所示10 cm半径圆弧上加载角度依次为O°，30°，45°，60°，90°的5个不同位置冲击点m（100 mm，0 mm），n（86.6 mm，50 mm）、0（70.7 mm， 70.7 mm）、p（50 mm， 86.6 mm）及q（0 mm，100 mm）所对应的传感器响应信号。

不同冲击加载夹角θ对应的光纤光栅传感器响应信号时频域图，如图10所示。该图显示铝合金板前两阶固有频率仍约为15，70 Hz。这是由于铝合金板试件具有各项同性特点，材料在各方向物理属性相近，使得不同位置冲击所激发的固有频率阶数相差不大。由幅频图可以发现，中低频固有频率幅值相对较高。

图11显示随着冲击加载夹角θ增大，光纤光栅传感器中心波长最大峰值幅度依次为：λqmax>λpmax>λomax>λnmax>λmmax，其变化规律与静载情况类似。

进一步从频域角度研究在加载距离相同而冲击加载夹角不同条件下的传感器响应规律。仍选择第5层第1个节点（频带范围0～16.3 Hz）的能量占总能量的比值作为距离识别的特征指标。图12给出小波包分解之后节点能量比值与冲击加载夹角之间的曲线关系。由该曲线可知，光纤光栅传感器节点能量比随加载夹角θ的增大而呈现逐渐增加趋势。这表明节点能量比值指标能够较好地反映出光纤光栅传感器的方向敏感特性。

5 结 论

本文通过构建基于铝合金板结构试件的光纤光栅传感器敏感特性试验系统，分别从时频域角度研究了传感器特征响应参量与所加载荷属性之间的对应关系，具体如下：

（1）在相同载荷大小和加载夹角下，光纤光栅传感器中心波长偏移量随加载距离的增大而呈指数趋势减小。

（2）在相同加载夹角和加载距离下，传感器中心波长偏移量随载荷大小增加而呈单调递增关系。

（3）在相同加载距离和载荷大小作用下，传感器呈现出良好的载荷方向敏感特性。光纤光栅传感器最大峰值幅度和节点能量比值随冲击加载夹角θ增加而增大，且加载夹角呈90°时传感器中心波长偏移量最大。

参考文献：

[1] Wang G， Pran K， Sagvolden G， et al. Ship hull structure monitoring using fiber optic sensors [J]. Smart Materialand Structures， 2001（10）：472-478.

[2] Mieloszyk M， Krawczuk M， Zak A， et al. An adaptive wing for a small-aircraft application with a configuration of fiber Bragg grating sensors [J]. Smart Materials and Structures， 2010（19）：1-12.

[3] 路士增，姜明顺，隋青美，等.基于小波变换和支持向量多分类机光纤布拉格光栅低速冲击定位系统[J].中国激光，2014，41（3）：0305006.

Lu Shizeng， Jiang Mingshun， Sui Qingmei， et al. Identification of impact location by using fiber bragg grating based on wavelet transform and support vector classifiers [J]. Chinese J Lasers， 2014，41（3）：0305006.

[4] 张晓丽，梁大开，芦吉云，等.高可靠性光纤布拉格光栅传感器网络设计[J].中国激光，2014，41（3）：0305006.

Zhang Xiaoli， Liang Dakai， Lu Jiyun， et al. A high reliabile optic fiber grating sensor network design[J]. Chinese J Lasers， 2011，38（1）：0105004.

[5] Takeda S，Aoki Y， Ishikawa T， et al. Structural health monitoring of composite wing structure during durability test[J]. Composite Structures， 2007， 79（1）：133-139.

[6] Fedor Mitschke. Fiber-optic sensors[M]. Germany： [s.n.]，2010：247-256.

[7] 芦吉云，梁大开，潘晓文.基于准分布式光纤光栅传感器的机翼盒段载荷监测[J].南京航空航天大学学报，2009，41（2）：217-221.

Lu Jiyun， Liang Dakai， Pan Xiaowen. Load measurement of wing box based on distributed fiber bragg grating sensors[J]. Journal of Nanjing University of Aeronatutics and Astronautics， 2009， 41（2）： 217-221.

[8] 王利恒.复合层合板低速冲击应变测试及其状态监测[J].压电与声光，2012，34（4）：509-514.

Wang Liheng. Study on low-velocity impact strain measurement of composite laminate plate and its health monitoring using fiber bragg grating sensors [J]. Piezoelectrics & Acousrooptics， 2012， 34（4）：509-514.

[9] Lau Kintak， Yuan Libo， Zhou Limin， et al. Strain monitoring in CFRP laminates and concrete beams using FBG sensors[J]. Composite Structures， 2001，51（1）：9-20.

[10] 廖延彪，黎敏，阎春生，现代光信息传感原理[M].北京：清华大学出版社，2009，186-191.

光合作用特点篇（9）

中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0103-01

在电力系统中应用光纤通信技术，就可以实现系统的高效、安全和稳定运行。而且，随着光纤通信技术的不断进步，能够促进电信通信行业的快速发展。

一、光纤通讯技术的简介

光纤通讯技术是光导纤维通讯技术的简称，就是利用光导纤维传输信号、实现信息传递的一种通信方式。光纤由纤芯、包层和涂层组成，内芯非常细，包层对纤芯起保护作用，涂层的作用就是增加光纤的韧性，达到保护光纤的目的。光纤通讯传输的介质是光纤，在电力信息传输过程中，系统中所采用的光纤不是单独的一根，而是由许多单根光纤组合在一起，完成信息的传递任务。

二、光纤通讯技术用于电力系统的主要优点

相对于其他材料和技术，光纤用于电力系统的通信有明显的技术优势：

（一）通信容量大。相对于电缆或铜线，光纤有较大的传输带宽，光纤通信的容量要比微波通信大几十倍，光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多。具有采用光纤通讯技术可以实现每一路信号都由特定的波长进行传送，大大提升了传输的准确性。

（二）光纤直径纤细，质地柔软。光纤的芯径极细，由多芯光纤组成的光缆直径小，采用这种光纤作为传输信道，占用空间小，解决了地下传输管道难于铺设的问题，节约了施工成本。而且，光纤重量轻，柔韧性好。

（三）原材料资源车富。用于生产光纤的原材料资源比较丰富，生产成本低，而且光纤具有温度稳定性好、寿命长等特点，因此，成为各个行业、各个系统广泛应用的优质材料。

三、光纤通讯技术的实现程序

（一）发射信号。就是使用特定波长的激光器并采用密集波分复用技术发射信号的过程。在这个过程中，要求有足够大的带宽，能够保证光源输出波长的相对稳定，从而避免了浪费，降低了运行成本：

（二）合波。在信号传输之前，使用波分复用器对信号进行结合，这一过程主要包括输入波导过程、耦合波导过程、阵列波导过程以及最后的输出波导过程。

（三）放大信号。就是应用专用设备对信号进行放大，通过放大的信号，便于传输，便于接收，有利于整个光纤传输系统灵活、高效和稳定运行。

（四）分离有效信号。就是按照有效原则，对原来合成一组的光信号进行精确分离的过程。经过分离后的信号，分别与相对应的耦合器进行耦合。

四、光纤通信技术在电力系统中的应用。

（一）电力特种光缆种类如下：

通过电力系统所独有的线路杆塔资源架设的电力特种通信光缆称为电力特种光缆。电力特种光缆分为以下几类：OPGW、ADSS、OPAC、OPPC、MASS、GWWOP、ADL。

二、光纤接续端面的要求

（1）光纤接头端面的处理标准

（2）光纤的端头对准要求

（3）端面及环境清洁

（4）接续前的端面制备

端面制备应平整、无毛刺、无缺损

（三）光纤与特种光纤通信

（1）光纤通讯技术的优势分析。与其它通讯技术相比，光纤通讯技术具有

非常明显的优势，具体体现在如下几个方面（1）通信容量大。（2）损耗率较低。

（3）超强的抗干扰能力。（4）安全性高。

ADSS较为显显的特点之一是能够适用于特殊拉力环境以及跨越河流，山谷和雷电密集区的架空敷设，同时其还具备优良的光纤传输性能。能够与高压电力线同杆架设.并且传输信号不会受到强电场环境的任何干扰。ADSS成为电力通信最有效的传输方式之一。

（2）OPGW。OPGW是光光复合地线的英文简写形式.其也被称之为光纤。架空地线：简单来说就是在架空地线当中含有光0PGW为显著的特点是可靠

性较高，且不需要进行维护，唯一的缺点是造价过高。

（四）光纤的接续

光纤接续方法可分为粘接法、机械压接法和熔接法，这三种接续方法的比

较参见表所示。

（5）光纤复合地线。这种光纤单元具有地线的作用

这种光纤单元具有地线的作用，可以防止输电线路发生雷击现象.使用起来安全可靠。能够利用地线中的光纤传输信息，在使用过程中不需要特别的维护，比较适用旧电路的改造和新线路的建设。

（一）新型光纤的使用性能如下：①非零色散光纤，它是一种经过改进的色散位移光纤，综合了标准光纤和色散位移光纤最好的传输特性，是新一代光纤通信系统的最佳传输介质。②无水吸收峰光纤。这两种光纤都能实现低损耗，低色散传输，传输容量能够实现几百倍、几千倍甚至上万倍的增长，可以带来巨大的经济效益。

光复用技术。光复用技术是光纤通信技术应用中最活跃的一个领域，它的技术应用和技术进步极大地推动了光纤通信事业的发展。为进一步提高光纤的利用率，人们采用了各种光的复用方法，其中最重要的是波分复用、频分复用和码分复用技术。

（三）光联网的应用与发展。光联网有效改善了传统联网中存在的不足和弊端，不仅实现了超大容量的光网络，增加了网络的范围和节点数，而且还增强了网络的透明度，使不同系统、不同信号得到了有效的连接，网络的灵活性大大增强。另一万面，光联网还实现了网络的快速恢复。

（四）光孤子通信。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离、无畸变的通信，在零误码的情况下完成信息传递。光孤子是一种特殊的超短光脉冲，非线性效应和群速度色散相应平衡，即使经过长距离传输后，波形和速度都能够保持不变，认为是最有发展前途的传输方式之一。

五、光纤设备的维护与人员要求

（一）光纤设备的维护。（1）集中维护。在电力系统当中的光纤通讯设备一般采用的都是集中维护方式，为此，可以设置维护中心，并将维护人员以及所需的仪器仪表全都集中在一个主站之内，而对于设备较少的站则可以不设日常维护人员，这样不但能够提高维护工作效率，而且还能节约人员。

（二）对维护人员的要求。维护人员应当做好安全和清洁工作，在处理光接口信号时，严禁将发送器的尾纤端面正对双眼，并且还应做好尾纤端面以及连接器的清洁工作，其次，应做好防静电工作，在进行机盘操作时，必须佩戴专用的防静电手腕，同时要确保接地良好，当需要更换机盘时，也应当佩戴防静电手腕。

再次，应不断提高操作技能，一方面要熟练掌握维护设备的基本操作，并了解组网拓扑，业务分配以及时隙配置等情况，另一方面要傲好设备的日常巡视检查工作，最大限度地确保通讯设备安全，稳定，可靠运行。

结束语

随着科学技术水平的不断提高，光纤通讯技术获得了长足的进步，其在电力系统中的应用大幅度提高了系统运行的安全性，可靠性和稳定性，在未来一段时期，应当加大对光纤通讯技术各方面的研究力度，尤其是在电力系统中的应用研究。充分发挥出光纤通讯技术的优势，进一步提升电力系统的运行水平，降低成本，提高效益，应引起电力行业领导的高度重视。

光合作用特点篇（10）

目前大功率LED正处于大力推广应用阶段，在《“十二五”节能减排综合性工作方案》中，半导体照明已被列入即将重点推进的节能减排技术产业化示范项目范畴。LED的优越性能使其应用范围非常广泛，特别是大功率LED照明器的出现，使得LED的应用市场更具规模。LED主要应用在背光源、显示屏、汽车照明、景观装饰、信号指示灯、通用照明市场等相关领域。其中通用照明市场，随着大功率LED的出现，大功率LED开始广泛用于特殊用途的专用照明系统。在照明市场，目前大功率LED仍面临着发光效率低、散热不好、成本过高等问题。目前应用主要在路灯、隧道灯、酒店、高档写字楼等对价格不是很敏感的场合。从长远看如果大功率LED的生产规模进一步扩大，成本进一步降低，其节能和长寿命的优势足以弥补价格偏高的劣势，到时LED将成为一种最有竞争力的新型光源，且市场潜力将是巨大的。

一、独特的大功率LED灯具的结构与工艺改进

1.大功率LED灯具采用SMT自动贴片回流焊接的方式生产，使用FPC组装线路板用LED贴片机进行组装，透镜封装材料采用耐高温的复合硅胶材料。在LED灯具组装过程中采用自动化改进装配工艺，自动化装配机械对大功率LED灯珠进行脚位加工，对灯杯进行检测次品报警等相关功能。自动化装配机械架较宽的LED灯具进行特殊加工处理。固晶采用自动固晶机械对产品进行注银胶在自动扩晶处理，经过自动机械手进行取晶、注银胶、灯杯的操作。

2.自动焊线机对大功率LED晶片的引出线焊线，焊线采用导电性能好99.99%金丝作为连接线连接引脚。焊线完成后进行拉力测试与推力测试，对测试的次品在对晶片补线、补晶、塌线、倒线等情况进行手动焊接。封装透镜采用LED的造型模具以及具有高导热材料进行封装。对仿流明杯与透镜固定在进入LED盖透镜机进行压盖与压边的操作，压边采用180度高温扣压3秒处理封装透镜。

二、大功率LED灯具的一次配光与二次配光研发

研发大功率LED模组发光机理及点面光源转换方式的特点，本项目研发一次配光是在大功率LED芯片上封装硅胶透镜，模组透镜的底面上设有杯罩，模组透镜呈倒梯形安装于基板上，且其梯形角度按照设定角度固定封装。通过透镜作用使点光源变为面光源，增大单个LED面光源出射光的角度，同时也增大LED 面光源的照射面，也提高了LED面光源的出光均匀度。二次配光是平面排列的 LED光源采用横纵方向非对称形状配光的透镜设计，通过调整二次配光弧面的曲率与LED面光源的间距的组合设计。LED光源配光结构结构如图1所示。

通过研究大功率LED模组发光机理及点面光源转换方式的特点，将一次配光装置的一次配光与二次配光装置的二次配光相配合，其中一次配光装置是在大功率LED芯片（第一组LED芯片）上封装硅胶透镜（第一透镜），每对第一LED芯片和第一透镜构成一个模组，每个模组在透镜底部处设置有杯罩，使模组呈倒梯形安装于基板上，且其梯形角度θ按照设定角度固定封装，该角度θ的设置结合透镜作用，可使点光源变为面光源，增大单个LED面光源出射光的角度，同时也增大LED 面光源的照射面，也提高了LED面光源的出光均匀度；二次配光装置的第二组LED芯片和第二透镜则采用平面排列的方式，将第二组LED芯片和第二透镜构成 LED光源，LED光源在基板的横纵方向上呈非对称形状安装，通过调整二次配光弧面的曲率与LED面光源的间距的组合设计，再次调整出光的均匀性。

图1 LED光源配光结构示意图

图1中标号：1、基板；2、一次配光装置；3、二次配光装置；4、一次光光弧面；5、二次光弧面；6、第一组LED芯片；7、第一透镜；8、第二组LED芯片；9、第二透镜；10、杯罩。