本實(shí)用新型屬于設(shè)施園藝栽培技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種設(shè)施植物扇形光柱LED補(bǔ)光燈。

背景技術(shù)：

我國設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在北方反季節(jié)作物(蔬菜、果樹、花卉等)栽培中起重要作用。2015年我國的設(shè)施園藝栽培面積高達(dá)410萬公頃，居世界首位。園藝設(shè)施按光源來分，可分為自然光栽培系統(tǒng)(拱棚、塑料大棚、日光溫室、玻璃溫室等)和人工光栽培系統(tǒng)(植物工廠、組培室、培養(yǎng)箱等)。溫室是最為重要的自然光栽培系統(tǒng)類型，截止2014年底，溫室面積已有100萬公頃以上，在設(shè)施園藝作物生產(chǎn)方面起著主導(dǎo)性作用。在我國，溫室的主要類型包括日光溫室和連棟溫室，日光溫室面積較大，而連棟溫室比例較小。

近幾年，溫室補(bǔ)光非常必要，對(duì)保障作物健康生長發(fā)育發(fā)揮著重要作用，原因如下。其一，溫室光環(huán)境調(diào)控是設(shè)施農(nóng)業(yè)的本質(zhì)需求。設(shè)施農(nóng)業(yè)的本質(zhì)是促生生產(chǎn)方式，就是要通過環(huán)境控制促進(jìn)或延遲農(nóng)業(yè)生物生長發(fā)育與繁殖過程，獲得更高的產(chǎn)量和品質(zhì)。光照作為最為重要的環(huán)境因子，人為調(diào)控起著關(guān)鍵作用，現(xiàn)代溫室生產(chǎn)的發(fā)展趨勢是實(shí)現(xiàn)光照條件的按需調(diào)節(jié)。LED補(bǔ)光技術(shù)裝備是溫室環(huán)控裝備中不可或缺的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其二，溫室人工補(bǔ)光是溫室生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需求。實(shí)際生產(chǎn)中，連陰雨雪、霧霾、灰塵污染等導(dǎo)致的弱光寡照脅迫時(shí)有發(fā)生，危害嚴(yán)重，導(dǎo)致作物減產(chǎn)甚至絕收(補(bǔ)光)。第三，高緯度地區(qū)日照短，無法滿足長日照?qǐng)@藝作物的光周期需求，需要人工光補(bǔ)充。而且，光照也是無加溫溫室唯一的熱量來源，對(duì)維持設(shè)施內(nèi)土壤和空氣溫度至關(guān)重要。因此，在弱光寡照下為了維續(xù)溫室內(nèi)的溫度水平，通常生產(chǎn)者為了保溫經(jīng)常不掀起日光溫室的保溫被，致使日光溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度幾乎為零。因此，鑒于現(xiàn)實(shí)光環(huán)境調(diào)控的需求，光環(huán)境調(diào)控已成為發(fā)展現(xiàn)代設(shè)施園藝發(fā)展必需的技術(shù)裝備，在保障優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)中起關(guān)鍵作用。

LED光源具有傳統(tǒng)電光源無法比擬的光電特性和光譜優(yōu)勢，節(jié)能高效，是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人工光調(diào)控的理想光源。一方面，LED燈珠的單顆功率較低，光強(qiáng)較弱，適宜研發(fā)制造用于光周期補(bǔ)光的低功率光源燈具；另一方面，LED燈珠體積小、重量輕，易于組合后陣列式排布，適宜研發(fā)出用于光光合作用補(bǔ)光的較高光強(qiáng)的達(dá)功率光源燈具。更為重要的是，LED補(bǔ)光可充分調(diào)控光質(zhì)成分，誘導(dǎo)調(diào)控植物的生理代謝活動(dòng)，使其朝有利于優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的方向調(diào)整。因此，LED在溫室補(bǔ)光方面極具應(yīng)用前景，技術(shù)裝備研發(fā)方興未艾，未來5年必有較大發(fā)展進(jìn)步。LED光源植物燈是適宜溫室補(bǔ)光的光源，LED補(bǔ)光技術(shù)裝備是溫室環(huán)控裝備中不可或缺的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，成為近幾年研發(fā)熱點(diǎn)。

然而，當(dāng)前研發(fā)的LED溫室補(bǔ)光燈大多按照傳統(tǒng)照明思路設(shè)計(jì)，雖然具有植物高效光譜(如紅藍(lán)光、遠(yuǎn)紅光和紫外光等及其組合)，但存在諸多缺點(diǎn)。首先，照射面積小，用燈量大。貼近照射是LED光源的優(yōu)勢，但貼近冠層照射使得照射面積大幅下降，導(dǎo)致溫室用燈量大增，成本提高，且操作難度加大。其次，光衰速率大，不適于溫室頂部懸掛補(bǔ)光。LED光源光強(qiáng)隨距離的衰減速率大，導(dǎo)致懸掛溫室頂部擴(kuò)大面積的技術(shù)思路不可行，除非加大LED光源功率。再次，大功率LED光源的散熱問題突出，光強(qiáng)分散后降低且不均勻。大功率LED光源(300瓦以上)散熱問題突出，解決難度大，易出現(xiàn)使用故障。而且，高空懸掛后光強(qiáng)分散，強(qiáng)度大幅降低，而且光照均勻性也較差。最后，較大功率LED燈照射面積也只能覆蓋十幾個(gè)到幾十平米面積，則一個(gè)500平方米的溫室用燈量常在20-30個(gè)以上，總功率6-9千瓦，運(yùn)行能耗非常高，很難在一般低投入日光溫室中推廣應(yīng)用。基于上述問題，亟待從LED植物補(bǔ)光燈設(shè)計(jì)和使用方法上進(jìn)行創(chuàng)新，以用較少的燈照射更大的面積，讓植物獲得更高的光強(qiáng)照射，提高補(bǔ)光效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)上述問題，提供一種設(shè)施植物扇形光柱LED補(bǔ)光燈，通過聚光罩使LED光源的光能集中釋放到立體扇形空間內(nèi)，形成扇形光柱，從而使照射面積降低，并使照射光強(qiáng)增加。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種設(shè)施植物扇形光柱LED補(bǔ)光燈，包括LED光源和聚光罩，所述聚光罩將所述LED光源發(fā)出的光聚集成扇形光柱。

進(jìn)一步地，所述聚光罩呈立體扇形或者立體三角形。

進(jìn)一步地，水平照射時(shí)通過所述聚光罩聚集而成的扇形光柱的圓心角為90～180度，垂直照射時(shí)通過所述聚光罩聚集而成的扇形光柱的圓心角為45～180度。

進(jìn)一步地，通過所述聚光罩聚集而成的扇形光柱的厚度為0.1～1米。

進(jìn)一步地，其特征在于，所述LED光源包括基板，其上設(shè)有LED燈珠。

進(jìn)一步地，所述LED燈珠由紅光燈珠和藍(lán)光燈珠組成。

進(jìn)一步地，所述LED燈珠由紅光燈珠、藍(lán)光燈珠和遠(yuǎn)紅光燈珠組成。

進(jìn)一步地，所述LED燈珠由紅光燈珠、藍(lán)光燈珠和紫外光燈珠組成。

進(jìn)一步地，所述基板上用于安裝所述LED燈珠的表面為平面或曲面。

進(jìn)一步地，還包括一云臺(tái)裝置，由所述LED光源和所述聚光罩構(gòu)成的LED補(bǔ)光燈固定于所述云臺(tái)裝置上，通過所述云臺(tái)裝置實(shí)現(xiàn)LED補(bǔ)光燈的水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者垂直旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和垂直旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型提供了一種新穎的設(shè)施植物扇形光柱LED補(bǔ)光燈，通過聚光罩將LED光源的光能集中釋放到立體扇形空間內(nèi)，形成扇形光柱，從而使照射面積降低，并使照射光強(qiáng)增加，因此能夠減少LED燈珠的使用數(shù)量，降低成本。該LED補(bǔ)光燈配合云臺(tái)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者垂直旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和垂直旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)具有整齊水平上表面的植物冠層進(jìn)行補(bǔ)光，以及對(duì)具有不規(guī)則立體植物冠層進(jìn)行垂直掃描補(bǔ)光。

附圖說明

圖1為設(shè)施植物扇形光柱LED補(bǔ)光燈的示意圖。

圖2為LED光源的示意圖。

圖3為立體扇形聚光罩的示意圖。

圖4A和圖4B為其它形式的設(shè)施植物扇形光柱LED補(bǔ)光燈的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

圖1為本實(shí)施例的設(shè)施植物立體扇形LED補(bǔ)光燈的示意圖，包括LED光源100和聚光罩200，LED光源100固定于聚光罩200內(nèi)，聚光罩200采用反光材料，呈立體扇形，通過其聚光作用將LED光源所發(fā)的光柱聚集成扇形光柱300(圖中灰色扇形陰影部分)。圖1中箭頭表示為光線。

圖2為LED光源的示意圖，其包括基板101，其上設(shè)有LED燈珠102。基板101上用于安裝LED燈珠的表面為平面或曲面。LED燈珠102可以采用不同的燈珠組合形式，比如由紅光燈珠和藍(lán)光燈珠組成，由紅光燈珠、藍(lán)光燈珠和遠(yuǎn)紅光燈珠組成，由紅光燈珠、藍(lán)光燈珠和紫外光燈珠組成，等等。

圖3為圖1中立體扇形聚光罩200的示意圖。其包括兩個(gè)相對(duì)的扇形面。扇形面的圓心角α(也即發(fā)出的扇形光柱的圓心角)原則上可以在大于0度并小于180度之間任意選擇。具體實(shí)施時(shí)，如果用于水平照射，圓心角α優(yōu)選為90～180度，如果用于垂直照射，圓心角α優(yōu)選為45～180度。立體扇形聚光罩200的厚度d(也即發(fā)出的扇形光柱的厚度)優(yōu)選為0.1～1米。

本實(shí)施例的LED補(bǔ)光燈，其功率優(yōu)選為30-150W，發(fā)光面呈長方形或方形，照射的初始光強(qiáng)大于500μmol·m^-2·s^-1。另外，LED燈珠自身也有特定的發(fā)光角度，一般其可用角度是45～180度，優(yōu)選使用90～180度。

通過本實(shí)施例的LED補(bǔ)光燈，通過立體扇形聚光罩(或稱反光罩、反光板等)能夠?qū)ED光源所發(fā)的光柱聚集成立體扇形，將發(fā)出的光能集中釋放到扇形空間(扇形薄層空間)內(nèi)，與傳統(tǒng)懸掛式LED補(bǔ)光燈的錐形照射空間的圓形照射面相比，照射面積降低，照射光增加，可提高10倍以上，更容易達(dá)到植物光補(bǔ)償點(diǎn)以上。

實(shí)施例2：

本發(fā)明中聚光罩200的作用是將LED光源所發(fā)的光柱聚集成扇形，因此其形狀除圖1、圖3所示的形狀外，也可以是其它形狀，如開口處呈平面長方形(即整個(gè)聚光罩呈立體三角形)等，如圖4A所示，另外其LED光源的基板為曲面形狀。圖4B示意了另一種形式的聚光罩，其兩個(gè)邊沿為曲面，能夠更好地匯聚光線。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例中，將實(shí)施例1或?qū)嵤├?所述LED植物補(bǔ)光燈固定于一云臺(tái)裝置上。云臺(tái)裝置是一種支撐設(shè)備，其能夠在控制信號(hào)作用下，通過電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者垂直旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如用來支撐攝像頭等。本實(shí)施例將LED植物補(bǔ)光燈固定在云臺(tái)裝置上，實(shí)現(xiàn)LED植物補(bǔ)光燈的水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者垂直旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和垂直旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

在使用時(shí)，該LED植物補(bǔ)光燈被固定在冠層高度，通過云臺(tái)裝置實(shí)現(xiàn)水平180度往返式移動(dòng)照射。將LED植物補(bǔ)光燈放在溫室中間，通過轉(zhuǎn)動(dòng)可照射雙倍面積。

具體來說，可以采用下列兩種照射方式：

1)水平扇面形LED補(bǔ)光燈：安裝于溫室中間，水平180度轉(zhuǎn)動(dòng)，可對(duì)具有整齊水平上表面植物冠層進(jìn)行補(bǔ)光，如葉菜、果菜等。

2)垂直扇面形LED補(bǔ)光燈：安裝溫室中間，可對(duì)具有不規(guī)則立體植物冠層進(jìn)行垂直掃描補(bǔ)光，如櫻桃樹、棗樹等。該燈可由云臺(tái)裝置控制實(shí)現(xiàn)水平旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)1個(gè)燈對(duì)東西兩個(gè)方向進(jìn)行水平或垂直掃描立體式補(bǔ)光。該燈光強(qiáng)集中，光強(qiáng)高，低功率節(jié)能，覆蓋面積大，解決了傳統(tǒng)LED光源功率大，能耗高，葉片接收光強(qiáng)偏弱的缺陷。

以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。