本發(fā)明涉及一種空間植物培養(yǎng)裝置，屬于空間植物培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

航天員在長期的空間飛行任務(wù)中，為了保證航天員的生活和工作質(zhì)量，研究空間受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)是必不可少的，空間植物栽培技術(shù)是空間受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。空間植物培養(yǎng)為研究空間植物學(xué)提供了最基本途徑，對揭示空間生命科學(xué)的現(xiàn)象與規(guī)律、實(shí)現(xiàn)空間農(nóng)作物等新品種培育、探究宇宙生命的起源與演化，揭示重力在生命起源中的作用等重大生命課題具有重要的推動(dòng)作用。

空間植物培養(yǎng)裝置目的是建立一個(gè)基于載人航天器的環(huán)境可控的空間植物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的地面模擬系統(tǒng)，為進(jìn)一步開展空間飛行試驗(yàn)做好準(zhǔn)備，推動(dòng)空間生命科學(xué)基礎(chǔ)理論的研究，奠定航天育種產(chǎn)業(yè)的理論基礎(chǔ)，促進(jìn)空間生物技術(shù)的創(chuàng)新及應(yīng)用，并為空間生物相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供技術(shù)服務(wù)。但現(xiàn)有空間植物培養(yǎng)裝置無法很好的實(shí)現(xiàn)微重力條件下水分回收，也不能將對植物生長過程中釋放的抑制植物生長乙烯氣體去除。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種空間植物培養(yǎng)裝置；所述培養(yǎng)裝置夠?qū)崿F(xiàn)微重力條件下水分回收，并對植物生長過程中釋放的抑制植物生長乙烯氣體利用光催化法進(jìn)行去除。

本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種空間植物培養(yǎng)裝置，所述培養(yǎng)裝置主要包括植物生長室、植物培養(yǎng)皿、根系供水模塊，溫度控制模塊，濕度控制模塊、光照模塊、照相模塊及控制器；

其中，所述植物生長室為矩形結(jié)構(gòu)，其左右側(cè)壁上分別設(shè)有隔板，所述隔板與側(cè)壁之間形成通風(fēng)風(fēng)道，并在所述隔板的上部加工有出風(fēng)口，在左邊隔板的下部設(shè)有第一換氣風(fēng)機(jī)，右邊隔板的下部設(shè)有第四換氣風(fēng)機(jī)；在植物生長室的左側(cè)壁及與其相對應(yīng)的隔板上設(shè)有光催化涂層，在后壁上設(shè)有催化光源，右側(cè)壁上設(shè)有通風(fēng)口；

所述根系供水模塊包括水箱、多孔管以及附著在所述多孔管表面的長纖維；

所述溫度控制模塊主要為板翅式半導(dǎo)體自動(dòng)控溫器；

所述濕度控制模塊包括第二換氣風(fēng)機(jī)、第三換氣風(fēng)機(jī)、翅片式半導(dǎo)體熱交換器和冷卻箱；

所述光照模塊和照相模塊均設(shè)置在所述植物生長室的頂部；所述半導(dǎo)體自動(dòng)控溫器設(shè)置在所述植物生長室的右側(cè)壁上；所述植物培養(yǎng)皿設(shè)置在所述植物生長室的底部；所述濕度控制模塊的冷卻箱通過所述植物生長室上右側(cè)壁上的通風(fēng)口與所述植物生長室連通，并與所述植物生長室共同形成封閉結(jié)構(gòu)，第三換氣風(fēng)機(jī)設(shè)置在所述植物生長室上右的側(cè)壁上，并位于所述通風(fēng)口的上方，第二換氣風(fēng)機(jī)設(shè)置在右隔板的下部，并位于所述第四風(fēng)機(jī)的下方；所述根系供水模塊多孔管的一端與所述植物培養(yǎng)皿連通，另一端通過管道與所述水箱連通，并在所述管道上設(shè)有水泵，且所述濕度控制模塊的翅片式半導(dǎo)體熱交換器的翅片與所述根系供水模塊多孔管一端上的長纖維接觸；所述控制器分別與所述根系供水模塊，半導(dǎo)體自動(dòng)控溫器，濕度控制模塊、光照模塊和照相模塊通過電連接，控制所述植物生長室中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、紅藍(lán)光比例、氣體成分及植物根部含水量。

進(jìn)一步的，所述溫度控制模塊還包括設(shè)置在所述植物生長室中隔板上的溫度傳感器，所述溫度傳感器檢測所述植物生長室中的溫度，并將所述溫度數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接受到數(shù)據(jù)后根據(jù)預(yù)設(shè)程序適應(yīng)性的調(diào)整所述板翅式半導(dǎo)體自動(dòng)控溫器的電流大小。

進(jìn)一步的，所述濕度控制模塊還包括設(shè)置在所述植物生長室后壁上的濕度傳感器，所述濕度傳感器檢測所述植物生長室中的濕度，并將所述濕度數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接受到數(shù)據(jù)后根據(jù)預(yù)設(shè)程序適應(yīng)性的調(diào)整所述第二換氣風(fēng)機(jī)和第三換氣風(fēng)機(jī)的開度，以及翅片式半導(dǎo)體熱交換器的電流大小。

進(jìn)一步的，所述根系供水模塊還包括設(shè)置在所述植物培養(yǎng)皿中的含水量傳感器，所述含水量傳感器檢測植物培養(yǎng)皿培養(yǎng)基的含水量，并將所述含水量數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接受到數(shù)據(jù)后根據(jù)預(yù)設(shè)程序適應(yīng)性的調(diào)整所述水泵的開度。

進(jìn)一步的，所述光照模塊還包括設(shè)置在所述植物生長室后壁上的光照傳感器，所述光照傳感器檢測植物生長室中的光照強(qiáng)度和紅藍(lán)光的比值，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接收到數(shù)據(jù)后根據(jù)預(yù)設(shè)程序適應(yīng)性的調(diào)整光源的的強(qiáng)度和紅藍(lán)光的比例。

進(jìn)一步的，所述培養(yǎng)裝置還包括設(shè)置在所述植物生長室后壁上的乙烯傳感器和二氧化碳傳感器，所述乙烯傳感器檢測所述植物生長室中乙烯的濃度，并將所述濃度的數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接收到數(shù)據(jù)后適應(yīng)性的調(diào)整催化光源的開閉及強(qiáng)度；所述二氧化碳傳感器檢測所述植物生長室中二氧化碳的濃度，并將所述濃度的數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接收到數(shù)據(jù)后適應(yīng)性的調(diào)整第一換氣風(fēng)機(jī)和第四換氣風(fēng)機(jī)的開度。

進(jìn)一步的，所述光照模塊的光源為LED燈。

進(jìn)一步的，左邊隔板距植物生長室左側(cè)壁50mm，右邊隔板距植物生長室右側(cè)壁50mm。

工作原理：

植物供水：

當(dāng)植物需要供水時(shí)，控制器給水泵下達(dá)開啟命令，水泵接收到命令后開啟，水箱中的水在水泵的作用下流向多孔管，多空管上的長纖維通過毛細(xì)作用傳輸至植物培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)基，當(dāng)培養(yǎng)基質(zhì)含水量達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制模塊下達(dá)停止命令，所述水泵接收到命令后關(guān)閉，停止供水。

微重力環(huán)境下氣流流動(dòng)：

通過第一換氣風(fēng)機(jī)和第四換氣風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)氣體的強(qiáng)制對流實(shí)現(xiàn)生長室和冷卻箱之間的空氣循環(huán)。

乙烯氣體含量的控制：

當(dāng)植物生長室內(nèi)乙烯氣體含量超過預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器給催化光源下達(dá)開啟命令，所述催化光源接收到開啟命令后開始工作，植物生長室內(nèi)內(nèi)乙烯氣體在催化光源及催化劑的作用下，被氧化成CO₂和H₂O，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)乙烯的去除。

水分冷凝回收及循環(huán)利用：

植物在生長過程中通過蒸騰作用將分水蒸發(fā)到植物生長室，含有水蒸氣的氣體依靠強(qiáng)迫對流，通過第一換氣風(fēng)機(jī)進(jìn)入冷卻箱，并與翅片式半導(dǎo)體熱交換器的冷翅片進(jìn)行熱量交換，將氣體中的水蒸氣凝結(jié)在制冷翅片上，冷凝水被長纖維吸收，此時(shí)，由于植物蒸騰導(dǎo)致多孔管植物培養(yǎng)皿一端上的長纖維端的水濃度下降，與翅片式半導(dǎo)體熱交換器的冷翅片接觸的長纖維端水濃度較高，進(jìn)而在纖維兩端形成水勢差，依靠纖維的毛細(xì)作用冷凝水從水濃度高的地方向水濃度低的地方移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水的運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)植物生長室的水分冷凝回收及循環(huán)利用。

有益效果

(1)本發(fā)明所述培養(yǎng)裝置使用換氣風(fēng)機(jī)強(qiáng)制生長室內(nèi)空氣流動(dòng)，通過長纖維進(jìn)行微重力環(huán)境下運(yùn)輸水分及冷凝水回收，并對植物生長過程中釋放的抑制植物生長乙烯氣體利用光催化法進(jìn)行去除。

(2)本發(fā)明所述培養(yǎng)裝置在植物生長室的左右兩端同時(shí)使用第一換氣風(fēng)機(jī)和第四換氣風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制換氣，可有效保證植物生長室內(nèi)空氣流動(dòng)穩(wěn)定，且左右隔板的距離設(shè)置能有效保證植物生長室內(nèi)空氣流動(dòng)的速率不超過植物生長的最大風(fēng)速，進(jìn)而保證植物生長的有益環(huán)境。

(3)本發(fā)明所述培養(yǎng)裝置通過溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、含水量傳感器和光照傳感器的設(shè)置，實(shí)時(shí)的將植物生長室中的情況反饋給控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)植物生長室中溫度、濕度、光照強(qiáng)度、紅藍(lán)光比例、氣體成分及植物根部含水量的精確控制，進(jìn)而為空間植物培養(yǎng)數(shù)據(jù)的分析提供有效參考。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述培養(yǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述培養(yǎng)裝置氣流流動(dòng)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述培養(yǎng)裝置水循環(huán)示意圖；

其中，1-植物生長室，2-板翅式半導(dǎo)體自動(dòng)控溫器，3-水箱，4-水泵，5-第四換氣風(fēng)機(jī)，6-第三換氣風(fēng)機(jī)，7-冷卻箱，8-翅片式半導(dǎo)體熱交換器，9-第二換氣風(fēng)機(jī)，10-多孔管，11-植物培養(yǎng)皿，12-第一換氣風(fēng)機(jī)，13-催化光源，14-光催化涂層，15-照相模塊，16-光照模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。

實(shí)施例1

如圖1～3所示，一種空間植物培養(yǎng)裝置，所述培養(yǎng)裝置主要包括植物生長室1、植物培養(yǎng)皿11、根系供水模塊，溫度控制模塊，濕度控制模塊、光照模塊16、照相模塊15及控制器；

其中，所述植物生長室1為矩形結(jié)構(gòu)，其左右側(cè)壁上分別設(shè)有隔板，所述隔板與側(cè)壁之間形成通風(fēng)風(fēng)道，并在所述隔板的上部加工有出風(fēng)口，在左邊隔板的下部設(shè)有第一換氣風(fēng)機(jī)12，右邊隔板的下部設(shè)有第四換氣風(fēng)機(jī)5；在植物生長室1的左側(cè)壁及與其相對應(yīng)的隔板上設(shè)有光催化涂層14，在后壁上設(shè)有催化光源13，右側(cè)壁上設(shè)有通風(fēng)口；

所述根系供水模塊包括水箱3、多孔管10以及附著在所述多孔管10表面的長纖維；

所述溫度控制模塊主要為板翅式半導(dǎo)體自動(dòng)控溫器2；

所述濕度控制模塊包括第二換氣風(fēng)機(jī)9、第三換氣風(fēng)機(jī)6、翅片式半導(dǎo)體熱交換器8和冷卻箱7；

所述光照模塊16和照相模塊15均設(shè)置在所述植物生長室1的頂部；所述半導(dǎo)體自動(dòng)控溫器設(shè)置在所述植物生長室1的右側(cè)壁上；所述植物培養(yǎng)皿11設(shè)置在所述植物生長室1的底部；所述濕度控制模塊的冷卻箱7通過所述植物生長室1上右側(cè)壁上的通風(fēng)口與所述植物生長室1連通，并與所述植物生長室1共同形成封閉結(jié)構(gòu)，第三換氣風(fēng)機(jī)6設(shè)置在所述植物生長室1上右的側(cè)壁上，并位于所述通風(fēng)口的上方，第二換氣風(fēng)機(jī)9設(shè)置在右隔板的下部，并位于所述第四風(fēng)機(jī)的下方；所述根系供水模塊多孔管10的一端與所述植物培養(yǎng)皿11連通，另一端通過管道與所述水箱3連通，并在所述管道上設(shè)有水泵4，且所述濕度控制模塊的翅片式半導(dǎo)體熱交換器8的翅片與所述根系供水模塊多孔管10一端上的長纖維接觸；所述控制器分別與所述根系供水模塊，半導(dǎo)體自動(dòng)控溫器，濕度控制模塊、光照模塊16和照相模塊15通過電連接，控制所述植物生長室1中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、紅藍(lán)光比例、氣體成分及植物根部含水量。

其中，所述溫度控制模塊還包括設(shè)置在所述植物生長室1中隔板上的溫度傳感器，所述溫度傳感器檢測所述植物生長室1中的溫度，并將所述溫度數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接受到數(shù)據(jù)后根據(jù)預(yù)設(shè)程序適應(yīng)性的調(diào)整所述板翅式半導(dǎo)體自動(dòng)控溫器2的電流大小。

所述濕度控制模塊還包括設(shè)置在所述植物生長室1后壁上的濕度傳感器，所述濕度傳感器檢測所述植物生長室1中的濕度，并將所述濕度數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接受到數(shù)據(jù)后根據(jù)預(yù)設(shè)程序適應(yīng)性的調(diào)整所述第二換氣風(fēng)機(jī)9和第三換氣風(fēng)機(jī)6的開度，以及翅片式半導(dǎo)體熱交換器8的電流大小。

所述根系供水模塊還包括設(shè)置在所述植物培養(yǎng)皿11中的含水量傳感器，所述含水量傳感器檢測植物培養(yǎng)皿11培養(yǎng)基的含水量，并將所述含水量數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接受到數(shù)據(jù)后根據(jù)預(yù)設(shè)程序適應(yīng)性的調(diào)整所述水泵4的開度。

所述光照模塊16還包括設(shè)置在所述植物生長室1后壁上的光照傳感器，所述光照傳感器檢測植物生長室1中的光照強(qiáng)度和紅藍(lán)光的比值，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接收到數(shù)據(jù)后根據(jù)預(yù)設(shè)程序適應(yīng)性的調(diào)整光源的的強(qiáng)度和紅藍(lán)光的比例。

所述培養(yǎng)裝置還包括設(shè)置在所述植物生長室1后壁上的乙烯傳感器和二氧化碳傳感器，所述乙烯傳感器檢測所述植物生長室1中乙烯的濃度，并將所述濃度的數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接收到數(shù)據(jù)后適應(yīng)性的調(diào)整催化光源13的開閉及強(qiáng)度；所述二氧化碳傳感器檢測所述植物生長室1中二氧化碳的濃度，并將所述濃度的數(shù)據(jù)傳遞給控制器，所述控制器接收到數(shù)據(jù)后適應(yīng)性的調(diào)整第一換氣風(fēng)機(jī)12和第四換氣風(fēng)機(jī)5的開度。

所述光照模塊16的光源為LED燈。

左邊隔板距植物生長室1左側(cè)壁50mm，右邊隔板距植物生長室1右側(cè)壁50mm。

工作原理：

植物供水：

當(dāng)植物需要供水時(shí)，控制器給水泵4下達(dá)開啟命令，水泵4接收到命令后開啟，水箱3中的水在水泵4的作用下流向多孔管10，多空管上的長纖維通過毛細(xì)作用傳輸至植物培養(yǎng)皿11中的培養(yǎng)基，當(dāng)培養(yǎng)基質(zhì)含水量達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制模塊下達(dá)停止命令，所述水泵4接收到命令后關(guān)閉，停止供水。

微重力環(huán)境下氣流流動(dòng)：

通過第一換氣風(fēng)機(jī)12和第四換氣風(fēng)機(jī)5實(shí)現(xiàn)氣體的強(qiáng)制對流實(shí)現(xiàn)生長室和冷卻箱7之間的空氣循環(huán)。

乙烯氣體含量的控制：

當(dāng)植物生長室1內(nèi)乙烯氣體含量超過預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器給催化光源13下達(dá)開啟命令，所述催化光源13接收到開啟命令后開始工作，植物生長室1內(nèi)內(nèi)乙烯氣體在催化光源13及催化劑的作用下，被氧化成CO₂和H₂O，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)乙烯的去除。

水分冷凝回收及循環(huán)利用：

植物在生長過程中通過蒸騰作用將分水蒸發(fā)到植物生長室1，含有水蒸氣的氣體依靠強(qiáng)迫對流，通過第一換氣風(fēng)機(jī)12進(jìn)入冷卻箱7，并與翅片式半導(dǎo)體熱交換器8的冷翅片進(jìn)行熱量交換，將氣體中的水蒸氣凝結(jié)在制冷翅片上，冷凝水被長纖維吸收，此時(shí)，由于植物蒸騰導(dǎo)致多孔管10植物培養(yǎng)皿11一端上的長纖維端的水濃度下降，與翅片式半導(dǎo)體熱交換器8的冷翅片接觸的長纖維端水濃度較高，進(jìn)而在纖維兩端形成水勢差，依靠纖維的毛細(xì)作用冷凝水從水濃度高的地方向水濃度低的地方移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水的運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)植物生長室1的水分冷凝回收及循環(huán)利用。

本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，凡是在本發(fā)明精神的原則之下進(jìn)行的任何等同替換或局部改進(jìn)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。