專利名稱：多倍氧測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種植物培育環(huán)境系統(tǒng)，包括氧感測裝置，用于 感測所述環(huán)境系統(tǒng)中的氧 K平。
背景技術(shù)：
對于植物培育環(huán)境，WO03005807討論了涉及監(jiān)測和改善生長 條件的多個方面。這些方面中的一個是測量才直物基質(zhì)中的氧水平以 便充分地調(diào)整氧水平，從而改善基質(zhì)中的生長條件。所提出的進(jìn)行 這樣的氧監(jiān)測的感測器是在WO01/63264中描述的感測器，利用氧 的熒光淬滅效應(yīng)。這種感測器可以用作接觸氧環(huán)境的熒光涂層并且 通過熒光的光電讀出可推斷氧水平。討論的 一 個方面是這樣的事實(shí)，即水的水平對于進(jìn) 一 步評估基 質(zhì)的充氧(氧合，oxygenation)是一個重要的因素。論及的另一方 面是這個方面，即氧水平可以從一個位置到另一個位置而發(fā)生變 化。已發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的氧感測器僅僅能夠測量單個點(diǎn)的氧水平，使得 充分測量氧水平不方便，這是由于需要重復(fù)測量或者不可靠、由于 可選擇的點(diǎn)數(shù)量有限以及由于需要用來提供多個同時測量的設(shè)備 叩貢。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種根據(jù)權(quán)利要求1的特征 的植物培育環(huán)境系統(tǒng)。尤其是，提供了一種植物培育環(huán)境系統(tǒng)，包括氧感測裝置，用于感測所述環(huán)境中的氧水平；所述氧感測裝置 包4舌用于支撐基質(zhì)的底才反；以及多個氧感測器，每一個以預(yù)定位置 位于所述底々反上，用于感測所述基質(zhì)中的局部氧水平。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，氧感測器相對于底板的高度不同。已發(fā) 現(xiàn)，氧水平可以相對于底板的高度而顯著變化，以及灌溉方案會非 常依賴于在不同高度處感測到的特定氧水平。在另 一方面，本發(fā)明提供了 一種在植物培育環(huán)境系統(tǒng)中培育植 物的方法，包括在用于培育植物的基質(zhì)中提供用于感測氧水平的 氧感測裝置；在所述基質(zhì)的多個預(yù)定位置處測量氧水平，用于感測 所述基質(zhì)中的局部氧水平；以及響應(yīng)于在所述多個預(yù)定位置處測量 到的氧水平調(diào)整所述基質(zhì)中的水灌溉。這里優(yōu)選地，才艮據(jù)在基質(zhì)中 的預(yù)定高度處感測到的氧水平，所述方法可以包括從基質(zhì)排水和/ 或?qū)⑺?yīng)到基質(zhì)以調(diào)節(jié)基質(zhì)中的氧水平。具體地，當(dāng)在基質(zhì)的較高部分中的氧水平低時，所述方法可以 包括從該基質(zhì)排水?？蛇x地，或者另外地，當(dāng)在基質(zhì)的4交^氐部分中 的氧水平^f氐時，所述方法包括^人該基質(zhì)供水。


將參照附圖描迷本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)。這里圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的植物培育環(huán)境系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了在排水(A)和供水(B)中的差別的示圖；以及 圖3示出了在兩個位置(A)或三個位置(B)中局部供水的 ,爻果的示圖；以及圖4示出了測量到的平均氧含量與各種與植物培育相關(guān)的其它 生長因素的相關(guān)圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中，示出了用于溫室或其它植物生長環(huán)境中的容器1,量基質(zhì)2中的氧水平?；|(zhì)2通常是常規(guī)基質(zhì)如礦物生長基質(zhì)玻 璃棉或石棉。才直物3通過供水和其它生長因素而在基質(zhì)2上進(jìn)4亍培 育。水通常是借助于供水裝置4來提供的。為了充分監(jiān)測生長條件， 提供了氧測量裝置5,其連接于氧感測器6。氧測量裝置5被設(shè)置 為處理多個輸入信號的處理器，該信號可以是電或光學(xué)性質(zhì)的。在 該優(yōu)選實(shí)施方式中，感測器6被設(shè)置為(如示意性示出的)光學(xué)纖 維7(玻璃纖維)。在其遠(yuǎn)端涂覆有氧敏感涂層8，尤其是，對于氧 水平敏感的熒光染料。通常，這樣的染料可以是其中埋置了有機(jī)金 屬復(fù)合物的復(fù)合材料。該有機(jī)金屬復(fù)合物是氧敏感性熒光染料，其中熒光的量和熒光 壽命依賴于介質(zhì)中的氧含量。這樣的有機(jī)金屬通常包括三Ru2+-4，7-二苯基-l,10-鄰二氮雜菲；這種Ru (釕)絡(luò)合物是特別氧敏感性的， 但也可使用其它有機(jī)金屬，如Os絡(luò)合物或Pt絡(luò)合物。由于基質(zhì)2 的透氣性，氧可與有機(jī)金屬絡(luò)合物相互作用。因此，熒光的量受介 質(zhì)中氧的量所影響。通過測量熒光的發(fā)射強(qiáng)度或壽命，可確定所述 影響的程度、以及由此確定氧含量。測量氧水平的典型方式是優(yōu)選通過氧測量裝置5中的燈(未示 出)產(chǎn)生熒光染料敏感性的特定波長的光。通過光纖7，這種光傳
送到熒光涂層8上，其在氧的影響下表現(xiàn)出如上所迷的特定熒光行 為。通過相同光纖7將這種熒光引導(dǎo)回氧測量裝置5，在此它可以 被光電轉(zhuǎn)換以提供電感測信號，從而方便地測量這種熒光。這種信 號可供應(yīng)到AD轉(zhuǎn)換器中并通過處理器進(jìn)一 步處理以計(jì)算氧水平。 而且，這種信息可以通過處理器與位置信息(其可在存儲元件中固 有地獲得)進(jìn)行組合。因此，該光纖可以基于預(yù)定位置順序或其它 識別特4i進(jìn)行識別，并且這種識別可結(jié)合于可獲得的位置信息?？?選地，感測器6可以具有定位裝置和將定位信息提供給氧測量裝置 5的信號電路。為了將感測器固定在基質(zhì)2中，根據(jù)本發(fā)明，將所述感測器以 預(yù)定位置安置在底板9上，用于感測基質(zhì)2中的局部氧水平。這可 優(yōu)選地通過將引導(dǎo)元件10如金屬管等安裝在底板9上并通過其提 供光學(xué)纖維直至預(yù)定高度來完成?？蛇x地，底板9可以例如通過塑 料才莫制成形而用塑料制成，并且底板9和引導(dǎo)件10可以一體式形 成(monolithically )。此外，為了纟是供方Y(jié)更易處理的實(shí)施方式，所述光纖可以設(shè)置有 連接元件11，其單個地或總體地將所述光纖連接至氧測量裝置5的光學(xué)Mr入/^r出12。在裝置5中，所述光纖可以連4妻至光電陣列元 件如線性或矩陣元件。其輸出可被在空間上分開而屬于不同光纖，每一個對于基質(zhì)2中的預(yù)定空間位置是可識別的?？商峁┛蛇x的機(jī) 械或光學(xué)轉(zhuǎn)換(開關(guān)，switching)以選4奪一個或多個光纖用于處理。 而且，可選地，可通過多^各或平^亍處理來源于多個光纖的光學(xué)信號 而才是供同時或連續(xù)的處理。如在圖1中的優(yōu)選實(shí)施方式所描述的，除了監(jiān)測外，通過圖1 中所描述的實(shí)施方式中的實(shí)例所示，還可才是供對排水裝置13和/或 供水裝置4的直接控制，以便調(diào)整對基質(zhì)的水灌溉方案(或策略)。
在圖2和圖3中示出了局部氧水平的測量可以如^f可用于調(diào)整灌:溉方 案(或策略)。尤其是，圖2示出了在約1x2 m的常規(guī)石棉基質(zhì)中實(shí)施的測 量。在該基質(zhì)中，在沿著基質(zhì)長度的15個線性位置上，測量了在 40個在空間上不相同的位置上的氧水平。在該示圖中，高度位置表 示為a、 b、 c或d位置，其中a是較^f氐位置而d是剛剛在基質(zhì)表面 下的較高位置。在該測量裝置中，感測器由不同高度的金屬針形成， 其涂覆有如上所述的對于氧水平^:感的熒光涂層。通過局部照射該 涂層并測量該涂層的熒光衰減來測量涂層的熒光。在圖2A情形中， 將基質(zhì)95%浸沒于低氧(氧耗盡)水中作為最初開始情形。然后， 在圖2A情形中，對基質(zhì)進(jìn)行排水，從95%到80 ( % )浸沒。圖2A示出了在X軸上根據(jù)高度分類的位置感測器(左邊的最 j氐a-感測器和b-感測器，右邊的4交高c-感測器和d-感測器)。在Y 軸上，以百分?jǐn)?shù)示出了氧水平的增加。如清楚示出的，在較高區(qū)域 (bcd位置，在歸類到右邊的示圖中)，測量到氧含量的顯著(約4 % )正增加。較低區(qū)域較少地得益于給基質(zhì)排水。接著，將富氧水供應(yīng)給基質(zhì)。圖2B清楚地示出了這均勻地影 響氧水平分布，尤其是，在較低高度(a-、 b-感測器)氧水平也增 加了。這可表明，根據(jù)氧分布，對基質(zhì)供水或排水可以影響基質(zhì)中 的氧水平并且可以控制垂直方向上基質(zhì)的較高或較低部分的充氧。圖3示出了水供應(yīng)的位置以及這可以如何影響水平面上的氧分 布。在圖3A中，水供應(yīng)到兩個位置(5和IO位置，位于基質(zhì)長度 的約1/3和2/3處)。在5位置(位置4d、 5a-c和6a-c表現(xiàn)出顯著 的充氧增加)和IO位置周圍的垂直方向上清楚地示出了氧增加。 在圖3B中，對于三個不同供應(yīng)位置(具體是2、 8和14位置) 實(shí)施了相同的程序。同樣，清楚地，2-4位置、7-9位置和13-14位置表現(xiàn)出氧水平的正增加。在圖4中，示出了相關(guān)圖，表明在培育基質(zhì)的預(yù)定高度處(在 距基質(zhì)底部1 cm的多個位置處測量)的平均氧(02)含量之間強(qiáng) 相關(guān)。其清楚地示出了與其它光(LI，強(qiáng)負(fù)相關(guān))、基質(zhì)的溫度 (MatTemp)、天的時間(Time )、以及水含量(WG )之間的強(qiáng)相 關(guān)。帶條紋區(qū)域表示負(fù)相關(guān)。基質(zhì)的溫度和基質(zhì)的水含量、以及溫 室中的光強(qiáng)度看來與氧含量是負(fù)相關(guān)基質(zhì)中光越少以及水越冷和 越少，氧含量越高。盡管已用圖1的具體實(shí)施方式
描述了本發(fā)明，但是對該實(shí)施方 式的各種變形和改變也落入本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。這樣的變形 可以是臺面、土纟裏或混凝土底板。此外，除了礦物生長基質(zhì)外，其 它基質(zhì)如泥炭、椰子纖維等也落入本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。所述 基質(zhì)可以以^反體、罐體、塊狀體存在。變形還可包括氧感測信號 的電傳l敘；通過4妄觸感測器的纟笨4十的感測器的局部讀出，例如，4妻 觸施加在直立于底板上的圓柱形針上的氧敏感涂層的探針。這樣的 變形或改變被認(rèn)為是如所附的權(quán)利要求書要求保護(hù)的本發(fā)明的一 部分。
權(quán)利要求
1.一種植物培育環(huán)境的系統(tǒng)，包括氧感測裝置，用于感測所述環(huán)境中的氧水平；所述氧感測裝置包括底板，用于支撐基質(zhì)；和多個氧感測器，每一個以預(yù)定位置置于所述底板上，用于感測所述基質(zhì)中的局部氧水平。
2. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的植物培育環(huán)境系統(tǒng)，其中，所述氧感測 器相對于所述底板的高度不同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物培育環(huán)境系統(tǒng)，其中，所述感 測器設(shè)置在相對于所述底板在預(yù)定位置處垂直定向的光學(xué)纖 維的遠(yuǎn)端，所述光纖可連接于讀出裝置。
4. #4居;權(quán)利要求3所述的#_物培育環(huán)境系統(tǒng)，其中，所述光纖4皮 插入相對于所述底板固定的圓柱形引導(dǎo)裝置中。
5. 沖艮據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的植物培育環(huán)境系統(tǒng)，進(jìn)一步 包括可連接到所述氧感測器用于讀出所述氧感測器的光學(xué)輸 出的讀出裝置和用于將所述多個氧感測器中預(yù)定的一個轉(zhuǎn)換 到所述讀出裝置的轉(zhuǎn)換裝置。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的植物培育環(huán)境系統(tǒng)，其中， 所述氧感測器包括在入射光影響下提供熒光的氧敏感熒光染 料，所述熒光可以在讀出裝置中^l讀出，其中熒光壽命與感測 到的氧水平相關(guān)。
7. —種在植物培育環(huán)境系統(tǒng)中培育植物的方法，包括提供感測用于培育植物的基質(zhì)中的氧水平的氧感測裝置；測量所述基質(zhì)中在多個預(yù)定位置處的氧水平，用于感測 所述基質(zhì)中的局部氧水平；以及響應(yīng)于在所述多個預(yù)定位置處測量到的氧水平，調(diào)整所 述基質(zhì)中的水灌溉。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的植物培育方法，其中，所述氧感測器相 對于底板的高度不同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7和8中任一項(xiàng)所述的方法，包括從所述基質(zhì)排 水和/或供水給所述基質(zhì)以調(diào)節(jié)所述基質(zhì)中的氧水平。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種植物培育環(huán)境的系統(tǒng)，包括氧感測裝置，用于感測所述環(huán)境中的氧水平。根據(jù)本發(fā)明，所述氧感測裝置包括用于支撐基質(zhì)的底板；和多個氧感測器，其每一個以預(yù)定位置置于所述底板上，用于感測所述基質(zhì)中的局部氧水平。以這種方式，水灌溉方案可以基于在多個位置處所感測的水平。
文檔編號A01G31/00GK101160042SQ200680007633
公開日2008年4月9日 申請日期2006年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月9日
發(fā)明者阿爾伯特·范德伊杰, 阿里·德拉耶, 韋賽爾·盧伊特杰·霍爾特曼 申請人:荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究會(Tno)