一種聚光型菲涅爾透鏡植物培養(yǎng)箱及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及植物培養(yǎng)領(lǐng)域，特別是涉及一種聚光型菲涅爾透鏡植物培養(yǎng)箱及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在植物的人工培養(yǎng)領(lǐng)域中，植物培養(yǎng)箱是一種幾乎不受自然條件制約且能夠給植物生長提供所需的光照、溫度、濕度、二氧化碳等生長環(huán)境的全新生產(chǎn)工具。隨著LED技術(shù)的突破和價(jià)格的逐步下降，LED已逐漸成為植物培養(yǎng)箱內(nèi)用以給植物提供光照的主要光源。與傳統(tǒng)的人工光源相比，LED具有一些非常獨(dú)特的優(yōu)勢，如:窄光譜性、光質(zhì)可調(diào)性、冷光性、高效性、環(huán)保性、便捷性、持久性等。因此，作為一種新型的固體光源，LED在植物照明應(yīng)用中被證明是一種比傳統(tǒng)光源更為有效的替代光源。與以熒光燈為光源的傳統(tǒng)的植物培養(yǎng)箱相比，使用LED為光源的植物培養(yǎng)箱有著更為優(yōu)越的特性。
[0003]現(xiàn)有的以LED為光源的植物培養(yǎng)箱，一般是在箱頂?shù)臒舭迳习惭b有LED陣列。由于單個(gè)LED有著150°至120°照射角，這使得LED陣列發(fā)出的光線往往向四周發(fā)散，布滿培養(yǎng)箱的整個(gè)空間。而培養(yǎng)箱內(nèi)的植物是一株一株栽種的，株與株之間存在著空隙，光照射在這些空隙中就無法被植物所利用，從而導(dǎo)致箱內(nèi)光能的浪費(fèi)。這就造成了現(xiàn)有植物培養(yǎng)箱中一個(gè)普遍存在的問題，即光能散布在培養(yǎng)箱的整個(gè)空間，無法集中于植物上，且在植物生長的整個(gè)過程中，箱內(nèi)的光能變化不大，從而導(dǎo)致光能的浪費(fèi)，在植物植株比較小時(shí)這種浪費(fèi)尤其嚴(yán)重。此外，在進(jìn)行植物的人工培養(yǎng)和植物生長特性的定量研究，特別是植物光合特性研究時(shí)，培養(yǎng)箱內(nèi)的植物往往需要擁有近乎相同的光照條件?？墒怯捎贚ED發(fā)出的光在空間中一般是不均勻分布的，使得箱內(nèi)不同位置的植物接收到的光強(qiáng)也不同，導(dǎo)致所有植物在同一光照條件下生長的要求無法得到滿足。目前還沒有找到一種有效的途徑來解決這種培養(yǎng)箱內(nèi)光能浪費(fèi)的現(xiàn)象，并滿足箱內(nèi)的植物提供同一光照條件的需求。
[0004]菲涅爾透鏡在原理上是將普通的凸透鏡一片片地切下來后疊在一起而形成的一種薄片聚光透鏡，它可以由聚烯烴材料注壓而成，也可以由玻璃制作而成，鏡片的一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，用于匯聚光線。與普通透鏡相比，菲涅爾透鏡具有制造方便、加工成本低、重量輕、厚度薄、材料省、聚光效果好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)鄰域。其良好的聚光特性能夠有效的提高光能利用效率，降低能耗。因而菲涅爾透鏡在新型農(nóng)業(yè)，特別是光電子農(nóng)業(yè)中，有著廣闊的應(yīng)用前景，但目前尚沒有將菲涅爾透鏡應(yīng)用于植物培養(yǎng)箱的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明對上述問題進(jìn)行了改進(jìn)，即本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的培養(yǎng)箱中光能浪費(fèi)嚴(yán)重、光照成本高，無法滿足植物在不同生長階段對不同光照強(qiáng)度、不同光質(zhì)和不同光照時(shí)間的需求。
[0006]本發(fā)明的具體實(shí)施方案是: 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:一種聚光型菲涅爾透鏡植物培養(yǎng)箱，其特征在于，包括箱體及設(shè)置于箱體內(nèi)頂部的LED燈板，所述LED燈板下方設(shè)有用于聚光的菲涅爾透鏡。
[0007]進(jìn)一步的，所述LED燈板下方設(shè)有菲涅爾透鏡陣列插板，所述陣列插板上均勻布有數(shù)個(gè)菲涅爾透鏡。
[0008]進(jìn)一步的，所述LED燈板上嵌有LED燈，每顆LED燈珠都由多種不同顏色的LED芯片構(gòu)成，LED燈板與設(shè)置于箱體內(nèi)側(cè)的調(diào)光器連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述箱體內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器及CO2傳感器。
[0010]進(jìn)一步的，所述調(diào)光器由LED光強(qiáng)控制系統(tǒng)和光周期控制系統(tǒng)組成。
[0011]進(jìn)一步的，所述箱體側(cè)部經(jīng)管道聯(lián)通有CO2氣瓶及空氣溫濕度調(diào)節(jié)管路。
[0012]進(jìn)一步的，所述箱體內(nèi)下部設(shè)有對應(yīng)菲涅爾透鏡設(shè)置的栽培盆。
[0013]根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種聚光型菲涅爾透鏡植物培養(yǎng)箱，其特征在于，所述箱體內(nèi)設(shè)有控制電路，所述控制電路與調(diào)光器、溫濕度傳感器及CO2傳感器連接。
[0014]進(jìn)一步的，所述箱體內(nèi)側(cè)設(shè)有縱向設(shè)置的導(dǎo)軌，所述陣列插板兩側(cè)設(shè)有與導(dǎo)軌相配合的滑塊，所述導(dǎo)軌沿縱向設(shè)有固定孔，所述滑塊上設(shè)有與固定孔相配合的螺栓。
[0015]本發(fā)明還涉及一種聚光型菲涅爾透鏡植物培養(yǎng)箱的使用方法，利用上述的一種聚光型菲涅爾透鏡植物培養(yǎng)箱，其特征在于，包括以下步驟:
(1)在培養(yǎng)箱內(nèi)對應(yīng)菲涅爾透鏡下方栽培植物，使插板上的菲涅爾透鏡列陣將LED光板發(fā)出的光線準(zhǔn)確地匯聚并照射于培養(yǎng)箱內(nèi)的每株植物上；
(2)根據(jù)植株的生長狀況和需光情況從植株的直徑與菲涅爾透鏡直徑之比確定LED光板發(fā)出的光強(qiáng)值；
(3)根據(jù)植株的生長狀況和需光情況確定LED光照的時(shí)間；
(4)根據(jù)每一株植物的生長狀況和需光情況通過調(diào)光器確定各個(gè)LED燈珠多種不同顏色的比例從而滿足植物的人工培養(yǎng)和植物生長特性所需的定量研究的要求；
(5)在植物生長的過程中通過溫濕度傳感器及⑶2傳感器連接確定培養(yǎng)箱內(nèi)溫濕度及CO2含量并通過CO2氣瓶及空氣溫濕度調(diào)節(jié)管路對培養(yǎng)箱內(nèi)部的溫濕度及CO2含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)在本發(fā)明中，由于在培養(yǎng)箱內(nèi)緊貼LED光板處設(shè)置了一個(gè)可抽插替換的聚光型菲涅爾透鏡列陣的插板，通過板上的菲涅爾透鏡將LED光板發(fā)出的光線準(zhǔn)確地匯聚并照射于培養(yǎng)箱內(nèi)的每株植物上，就可節(jié)省大量的光能。在植株秧苗較小時(shí)，假設(shè)植株的直徑為菲涅爾透鏡直徑的十分之一，由于菲涅爾透鏡的聚光作用，從LED光板發(fā)出的光的強(qiáng)度只要原來的百分之一；當(dāng)植株長大時(shí)，由于植物生長形貌多呈倒錐體型，與菲涅爾透鏡的聚光路徑恰好吻合。因此隨著植物的生長，菲涅爾透鏡仍然能夠很好的把光線匯聚于植物上，假設(shè)植株長到其直徑為菲涅爾透鏡直徑的二分之一，則LED光板發(fā)出的光的強(qiáng)度只需為原來的四分之一。因此，利用本發(fā)明的培養(yǎng)箱能極大地提高箱內(nèi)光能的利用率，減少能源的消耗和浪費(fèi)。[0017 ] (2 )本發(fā)明中采用LED光源，由于本發(fā)明的每顆LED燈珠都由多種不同顏色的LED芯片構(gòu)成，每個(gè)LED芯片的光譜結(jié)構(gòu)都可以任意設(shè)定，它們可以由植物生長最需要的紅、藍(lán)光以及作為補(bǔ)充用的綠光LED芯片構(gòu)成，且每種顏色LED芯片的光強(qiáng)和光照時(shí)間都可以分別、單獨(dú)、任意可調(diào)，因此可以得到任意光強(qiáng)、光質(zhì)及光照時(shí)間的組合，滿足不同組培苗在不同生長階段對光照的需求，用以實(shí)現(xiàn)不同顏色光的任意組合，滿足植物生長過程中對不同光質(zhì)的需求;所述LED光周期控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)每種顏色LED芯片的光照時(shí)間在0-24h分別可調(diào)，滿足植物在不同生長階段對不同光照強(qiáng)度、不同光質(zhì)和不同光照時(shí)間的需求。
[0018](3)本發(fā)明中的培養(yǎng)箱內(nèi)還包括溫濕度控制系統(tǒng)和二氧化碳控制系統(tǒng)，溫濕度控制系統(tǒng)和二氧化碳控制系統(tǒng)能夠根據(jù)植物在不同生長階段的需求對培養(yǎng)箱內(nèi)的溫、濕度和二氧化碳進(jìn)行控制。
[0019](4)本發(fā)明中，菲涅爾透鏡列陣插板能夠?yàn)橄鋬?nèi)的每一株植物提供近乎相同的光照條件。所述菲涅爾透鏡列陣插板緊貼LED光板下方，菲涅爾透鏡列陣插板上的每個(gè)菲涅爾透鏡的聚光效果是相同的，同時(shí)每個(gè)菲涅爾透鏡上方對應(yīng)的LED的數(shù)量、分布是相同的，因而能夠產(chǎn)生近乎相同的光照條件，從而滿足植物的人工培養(yǎng)和植物生長特性定量研究的需求。
[0020](5)本發(fā)明中的LED光強(qiáng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同植物及植物生長不同階段的需求為植物定制不同的光照模式。當(dāng)植物的植株較小時(shí)，由于光能聚集在一個(gè)很小的區(qū)域，只要用很微小的能量就能滿足植物生長的需求;當(dāng)植物逐漸長大后，由于植物照射面積的增大，這時(shí)可以逐漸增大LED的光照強(qiáng)度，并配以不同的光質(zhì)，以滿足植物生長對光照環(huán)境的不同需求。這樣既可以大大提高光強(qiáng)的利用率，促進(jìn)植物的生長，同時(shí)也避免LED光能的無效浪費(fèi)，還可以增加植物體內(nèi)有效物質(zhì)的積累。不僅節(jié)省了成本和能耗，也提高了植物的產(chǎn)量和品質(zhì)。
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將通過具體實(shí)施例和相關(guān)附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明植物培養(yǎng)箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的LED燈珠結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本發(fā)明植物培養(yǎng)箱的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4是植物植株較小時(shí)菲涅爾透鏡的聚光效果示意圖。
[0025]圖5是植物植株較大時(shí)菲涅爾透鏡的聚光效果示意圖。
[0026]圖6是本發(fā)明的菲涅爾透鏡列陣插板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖7是本發(fā)明的菲涅爾透鏡列陣插板與箱體內(nèi)側(cè)配合結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖示說明:1-植物培養(yǎng)箱主體，2-箱腳，3-側(cè)壁，4-箱門，5-控制電路，6-菲涅爾透鏡列陣插板，7-箱頂，8-LED燈珠，9-第一輔助接口，10-第二輔助接口，11_植物，12-紅色LED芯片，13-藍(lán)色LED芯片，14-綠色LED芯片，15-導(dǎo)軌，61-滑塊。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0030]如圖1?7所示，下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0031]本發(fā)明的目的是提供一種聚光型菲涅爾透鏡植物培養(yǎng)箱。如圖1所示，所述培養(yǎng)箱箱頂7使用不透光、高反射率的材料，其上設(shè)置有數(shù)個(gè)LED燈珠8。
[0032]如圖2所示，每顆LED燈珠8都由