多通道光量子传感器的设计与应用

对植物生长的光环境的测量是LED植物工厂等都市农业研发和生产的基础。目前,人工光源植物照明多使用蓝光、红光、远红光等单色LED,而光合有效辐射(PAR)光量子传感器测量400~700 nm波段的光量子通量密度,无法同时测量这几种单色LED的光量子通量密度,因而无法实现光质比的实时测量及与其他系统的反馈控制,为此我们提出一种多通道光量子传感器来解决该问题。我们阐述了该传感器的设计原理及结构;推导出不同通道的标定系数表达式,随后应用基于DMX512协议的控制器搭建标定装置,并以红光通道与蓝光通道为例对文章所设计传感器定标,结果表明该传感器拥有很好的线性响应度;最后利用该传感器设计了一套能够控制总光量子通量密度及光质比的智能光环境控制系统。     

多通道光合有效辐射传感器

光合有效辐射传感器可测量可见光波段400nm~700nm的光量子流密度,不能准确区分LED组合光源的各种光质比例,已无法满足光生物学研究和植物工厂生产的实际需要。本文提出一种多通道光合有效辐射传感器,通过模拟植物窄带光谱响应的传感器同时测量红光、蓝光光量子流密度,其成本低、便携,适用于应用LED补光的光伏农业大棚和植物工厂应用。大量传感器组网,可以采集植物生长的光配方数据和实现光照智能控制、对规模化的植物工厂光质需求数据积累与降低能耗意义重大。     

LED补充照明系统用于促进铁皮石斛生长的初步研究

近年来,随着红光、蓝光以及远红外大功率单色LED技术的快速发展,LED在农业照明领域的应用引起了广泛的关注。本文结合LED的特性及铁皮石斛的生长特点对LED补充照明系统用于促进铁皮石斛生长进行了理论分析和初步实验探索,提出了LED可主要作用于铁皮石斛的生长前期来显著缩短生长周期的建议,总结了筛选LED的三大要素即合适的光谱、红蓝比和光照强度,并总结了衡量铁皮石斛生长情况的测试指标,同时本文的初步实验证明了LED植物补光照明系统确实明显优于无补光及荧光灯补光的效果,为未来铁皮石斛农业照明的应用提供了一定的参考和科学依据。     

植物照明LED光源光度系统与光量子系统转化系数的计算和应用

植物对光的利用是以光子为单位吸收和转化的,采用光量子系统中光量子数或光量子密度为单位研究植物对光照强度的需求更合理科学。快速估算光度系统与光量子系统度量单位的转化系数,有利于准确展示科研结果。本文分析得到380～780 nm波段中不同波长的转化系数,在波长550 nm时,转化系数最大,为147.858 lm/μmol。对于单峰LED光谱提出“三点估算法”,转化系数的计算值β与估算值β′之比的平均值为86.1%～93.4%,估算值β′的准确性与光谱的半峰宽、形态密切相关。对于蓝光+红光、蓝光+红光+绿光、白光+红光多种灯珠组合的目标光谱,β与β′之比的平均值为96.1%～105.9%。该研究结果能够快速计算lm、μmol或lx与μmol/(m²·s)的转化系数,为LED在植物照明领域的广泛应用提供技术支持。     

不同光质补光对菜心生长及品质的影响

研究了不同LED光质补光[红光(R)、蓝光(B)、绿光(G)、橙光(O)、白光(W)]对菜心生长和品质的影响。结果表明:相对于不补光对照(CK),不同光质补光均促进了菜心生长,提高了株高、茎粗和叶片数;除绿光外,不同光质补光处理均显著提高了菜心的生物量。与CK相比,蓝光、红光和橙光处理显著提高了菜心薹茎中的VC含量;蓝光、绿光补光均显著提高了菜心薹茎和叶片中的可溶性糖含量;绿光处理显著提高了菜心产品器官的游离氨基酸含量。综合生物量和营养品质,蓝光LED最适宜菜心补光。     

UV-A补光对LED红蓝光照射下的紫叶生菜生长和品质的影响

在环境可控的密闭植物工厂内,采用LED红蓝光供光与UV-A补光相结合的供光模式,研究了采收前UV-A整体补光和UV-A局部补光对LED红蓝光照射下的紫叶生菜生长和品质的影响.常规光源采用红蓝配比4:1的LED光源,光强为200 μmol·m-2·s-1,光周期为12 h,光照时间为03:00～15:00.试验共设置3种...     

不同光质补光对番茄、黄瓜幼苗生长的影响

研究4种不同光质(红、橙、蓝、绿光)LED灯补光对番茄、黄瓜幼苗生长的影响。结果表明:红、蓝光补光处理下番茄幼苗的真叶面积、全株干鲜重、地上部干鲜重、壮苗指数、光合色素含量均显著高于其他处理,红光、绿光补光处理下番茄幼苗的株高、茎粗显著提高;各光质补光处理均显著降低黄瓜幼苗的株高,提高黄瓜幼苗的壮苗指数,并以红、蓝光效果最佳,而红、橙、蓝光补光处理均显著降低黄瓜幼苗的叶绿素含量。     

光对植物生长影响机理的初步探讨

近年来,随着红光、蓝光以及远红外大功率单色LED技术的快速发展,LED在农业照明领域的应用引起了广泛的关注。文章归纳了植物照明的光谱选择性、光强选择性和光周期选择性,并阐述了光作为触发信号的调控作用。LED作为第四代新型半导体光源,由于其高光效、长寿命、体积小、响应快、环保及冷光源的特点,在通用照明和农业照明等领域具有广阔应用前景。     

光质对金线莲组培苗生长和主要化学成分的影响

研究光质对金线莲组培苗生长和主要化学成分含量的影响。在湿度、温度、CO2浓度和光合光量子通量密度(PPFD)都一致的条件下,以白光(荧光)为对照,测量7种单色光处理金线莲组培苗生长量和叶绿素、总黄酮、蛋白和糖的含量。结果表明:白光处理比单色光处理更有利于金线莲组培苗鲜重、干重和叶绿素含量的积累,也更有利于茎粗的增长。和白光相比较,波长660nm红光处理能促进金线莲组培苗株高增长和蛋白的积累,但不利于叶绿素、总黄酮和糖含量的积累;波长442nm蓝光处理能促进叶面积的增长;波长452nm蓝光处理能促进总黄酮的积累。蓝光处理总黄酮含量均大于红光处理。绿光处理有利于糖的积累。     

LED植物补光灯试制及其大棚草莓补光栽培效果分析

设计试制了红光占比不同的LED大棚草莓补光灯灯管;研发了一体式的LED灯密封结构,适应草莓种植大棚的特殊结构和潮湿环境。在草莓的开花与结果期进行了LED大棚草莓补光灯的补光效果试验对比测试。初步分析表明:补光增加了果实大小和产量;显著影响果实的总糖、总酸和固形物含量,改善了果实的风味品质;且红光占比较高的补光效果更显著。     

基于作用光谱的西红花LED补光灯具光谱研究

西红花是一种经济价值很高的药材。光谱是植物生长的重要影响因素,因此探索最适合西红花物质积累的补光光谱很有意义,但目前还缺乏对西红花室外补光参数的研究。本文利用西红花叶片的作用光谱,半定量分析补光灯具对西红花物质积累的增益。进一步评估了不同光谱的LED补光灯具对西红花干物质的增益效用。理论计算结果表明,低色温的宽光谱白光或红光与少量蓝光的组合更适合作为西红花LED补光灯具的光谱。     

植物照明用LED荧光粉研究进展

当前,植物工厂发展迅速,LED植物照明具有非常大的市场发展潜力。针对植物生长的吸收光谱,重点介绍可用于植物照明LED的蓝色、深红色以及远红光荧光粉的发展现状。     

LED灯在植物补光领域的效用探究

该文旨在通过实验探究在我国东南沿海的温室种植环境下利用LED和荧光灯对种植植物进行补光的效用对比。荧光灯选用专门研制的植物生长用荧光灯,其辐射光谱峰值为405.9nm、437.3nm、547.5nm、612.9nm和659.4nm,而LED光源为自行组装的LED光源,采用了单颗功率为1W的LED,按照红蓝光发光颗粒数比为5∶1比例混合。实验另设有空白对照组,即没有选择任何补光设备。借由植物的生长状况来评价两种光源在植物补光领域的效用。实验结果显示植物补光照明对植物生长有促进植株干重增长15%～20%的效果,其中荧光灯补光的番茄叶绿素含量最高,LED次之,而自然光组较差。另外,展示了LED补光的节能效果和改进潜力能体现植物补光应用的乐观前景。     

植物工厂LED照明应用的几点思考

植物工厂LED照明是设施农业照明研究的前沿和重要内容,是设施园艺LED照明光生物学和应用策略研究的重要途径和应用重点方向。从科学认知和科学发展的角度,通过阐述作物LED红蓝光栽培的充要性原理、LED光源植物工厂水培蔬菜的品质优势、LED植物工厂绿光应用策略、LED连续光照应用策略等问题,论证了植物工厂生产的科学技术基础和潜力优势,以推进植物工厂LED照明研发和产业发展,促进跨界交融与协同创新。     

LED家庭植物工厂控制系统设计

针对现有家庭植物工厂控制系统生产成本高、营养液净化不彻底、云平台技术应用实例少的问题,设计并开发了一种LED家庭植物工厂控制系统。该系统以STM32为核心处理器,采用LED模组对植物进行补光,并将深紫外LED技术应用到营养液净化领域;移植UCOSⅢ嵌入式系统,以满足系统实时性的要求;移植EMWIN进行了LCD人机交互模块开发;通过WIFI模块接入机智云云平台,并基于机智云提供的SDK包以及Android开源框架开发了一款Android APP,实现了对家庭植物工厂的远程调控。整体测试结果表明,系统各项性能均达到了设计要求,具有较高的可靠性,而且成本较低,满足实际应用的需求。     

人工光在植物工厂中的应用

人工光在植物工厂中的应用集中在光生物学和光化学两个领域。补光和人工光环境调控分别适用于太阳光植物工厂和人工光植物工厂的光生物学管控的方式,光催化技术则是用于植物工厂营养液微生物和自毒物质去除的光化学应用方式。本文综述了人工光植物工厂和太阳光植物工厂中人工光的应用领域、调控方式、调控目标与研究进展。     

光谱调控植物生长发育的研究进展

随着全球气候变化的加重,地球各地区在时间和空间上的光质分布已发生变化,对植物的影响已逐渐显现出来;同时随着现代农业的快速发展,植物补光应用越来越多,人类对光谱如何调控植生长发育方面的知识已变得很迫切。本文系统梳理了已被广泛认可的单色光谱效应及特点和待进一步证实的光谱效应,并尝试性地解读了光谱对植物光合作用的影响,以期能为植物光生物学研究和植物人工补光提供参考。     

余弦修正片对光照传感器进光量的影响

介绍了一种能够同时测量环境PPFD及光质比的多通道光量子传感器,同时利用3D打印技术制作出三种材质的余弦修正片。通过对传感器的实际标定,得到在不同材质余弦修正片下的传感器红/蓝通道响应系数曲线,通过计算得到,对于红光通道,使用透明光敏树脂制作的余弦修正片透光率分别比聚四氟乙烯和白色尼龙余弦修正片的高89.3%和85.2%,对于蓝光通道,透光率分别高87.1%和83.2%。还通过3D打印方法设计制作一种防串光套,实验结果表明,采用该装置后,红光通道串光误差系数从0.3546降至0.0491,蓝光通道串光误差系数从0.4916降至0.0695,有效阻止了因滤光片侧壁漏光而引起的通道串光误差。     

LED植物补光照明系统对拟南芥萌发率的效用探究

根据光谱范围对植物生长的影响以及LED的光源特性,本文设计了一种用于拟南芥生长补光的LED照明系统。该系统主要由LED照明模块、电源驱动器、调光控制器以及定时器等几个部分组成。通过对LED和荧光灯的光谱分析以及照度测试,我们可以发现LED照明系统更高效,可以实现与植物叶绿素吸收光谱峰值完全吻合。在对拟南芥种子萌发率测试实验中,可以看出LED组和荧光灯组在最终萌发率上几乎无差异,但LED组消耗的功率仅为荧光灯组的一半。实验也认为LED组中的红外模块延缓了萌发时间。     

LED智能植物工厂光配方构建与应用

植物工厂是设施园艺发展的高级阶段和必然趋势,LED智能植物工厂是植物工厂的发展方向。基于光配方的植物工厂光环境动态管理水平高低决定着LED智能植物工厂运行效率(高产、优质和节能)的高低,智能光环境管理是植物工厂核心关键技术。本文综述了LED智能植物工厂光配方概念、内在参数及其构建方法,强调了LED智能植物工厂光环境调控模式。在今后很长时期内,光环境的动态管控技术装备研究将一直是LED智能植物工厂领域的研究热点。