植物光照及测试系统方案

发布时间:2024-03-22
近年来,随着设施农业的快速发展,对植物光照产品的研究越来越多,而led光源以其低功耗、体积小、可以近距离照射植物等优势,在植物光照领域已经被广泛应用。由于植物生长对光环境的光学参数有一定的要求,而不同的植物对光的吸收也不同,因此需要针对特定植物的生长需求而采用对应的光照产品,并利用先进的测量技术及仪器实现植物光照环境的检测。
植物生长光环境
判断植物生长所提供的光照条件是否优质,还要从以下四个方面来说起:光质,光密度,光均匀性,昼长。
光质
光质,即光谱质量。光照灯具的不同光谱成分对植物生长的影响不同,如红光有可促进植物茎的生长;蓝紫光有助于果实的形成;因此根据植物生长需求选择合适光质的光照。
研究表明,决定植物光合作用的叶绿素对蓝光和红光较为敏感,其峰值波长分别在450 nm和630 nm附近。
(叶绿素a叶绿素b和细菌叶绿素的吸收谱)
植物生长依赖体内多种叶绿素和其他色素的共同光合作用,mccree在1972年通过大量文献调研,基于22种植物,给出了植物相对量子效率曲线(rqe)在植物光度系统中,即上图所示的常用光谱响应曲线 。
光密度
植物的光照是否越多越好?答案当然是no。
众所*知,植物有喜光植物、耐荫植物、中性植物之分。植物对光密度的要求有一个上限,即光饱和点,当光密度达到植物的光饱和点时,植物的光合作用达到顶点,而当光密度继续增强,植物的光合作用不但不会提高,反而会下降,植物自身便会产生光抑制现象,并且会损伤植物。
光均匀性
led光源发光具有较强的方向性,因此为了保证较好的植物形态,为植物生长环境进行光均匀性设计十分重要;主要包括光源光色一致性设计和空间辐射一致性设计。
昼长
与人类一样,植物生长也有其生物节律。植物的光合作用其实包括光反应和暗反应两类;其中暗反应的进行不需要光照条件,因此,因此夜晚不可提供过高的光照条件,否则植物夜间不能进行休息,影响暗反应的进行。
?植物照明的量值计量系统
?(光度系统光量子系统以及植物光度)
植物与人眼对光谱的响应特性不同,光照产品的选择应基于植物生长的需求。
人眼对光的感知在光度计量系统中表征,波长范围为380~780 nm,将光谱辐射量与人眼的光谱光视效率函数v(λ)加权积分以获取相应的量值,如式(1)计算光通量。(φe,λ:光谱辐射通量;λ:波长;km=683 lm/w;k:有效光合效率系数)
考虑到植物的光合作用主要是由于落到叶面上的光子数,因此过去常用光量子计量系统表征植物照明的性能,波长范围一般为400~700 nm,即光合有效辐射(par)区间。因为光量子能量与其波长成反比,所以在相同辐射能量下,光量子数与波长则成正比关系,可用图2中光谱响应曲线q(λ)来表示,植物光合通量(ppf)的计算公式。
(n=6.02×1023;h=6.63×10-34 js;c=3.00×108 m/s)
然而,根据植物对光质需求的分析,植物对光辐射敏感的区域实际为300~800nm,而且q(λ)与植物对光的吸收曲线rqe还是有差距的,常用的光量子计量体系并不能很好地表征植物照明的性能。现在也有不少植物学家使用rqe即p(λ)作为波长敏感曲线的植物光合光度系统,其光合光通的计算方法如式(3)所示。
?
常用的光度系统中的其他参量,如光强i、光照e等,也可以按照上述光通量的方法类比到植物照明的计量体系中。
植物对光密度的要求有一个上限,即光饱和点,当光密度达到植物的光饱和点时,植物的光合作用达到顶点,而当光密度继续增强,植物的光合作用不但不会提高,反而会下降,植物自身便会产生光抑制现象,并且会损伤植物。然而,根据植物对光质需求的分析,植物对光辐射敏感的区域实际为300~800nm,而且q(λ)与植物对光的吸收曲线rqe还是有差距的,常用的光量子计量体系并不能很好地表征植物照明的性能。
植物光照仪选型
hp350p (350-800nm)
hp350uvp(230-850nm)
hp350pm(350-800nm)
hp250p(350-800nm 485、232、usb通讯)
photot200p植物光量子计(400-700nm)hp370光照探头(400-700nm485、232、usb通讯)
植物工厂时时监测定制方案:多路光谱监测、多路ppfd监测
hp2000p植物光照测试系统
技术参数
hp2000p采用专业机械和电子双重快门设计,可测<1μs的极短闪光灯的光谱;采用高性能精密光栅和高灵敏度背照式精密阵列ccd,具有高精度、快速、高可靠性和*高性价比的特点。
基本测量功能:
测试相对光谱功率分布,色品坐标,主波长,色纯度,峰值波长,色温,显色指数,半宽度,光通量(配积分球),辐射功率,红色比,色容差等参数,满足国际照明委员会cie对光和颜色测量要求。
主要技术指标
光栅:高性能精密衍射光栅;
探测器:背照式精密阵列ccd;
积分时间:50μs-10s;
主要光学参数:
波长范围:350nm-800nm(可扩展到紫外200nm或红外1100nm)
波长准确度:±0.2nm;
光学带宽:2nm;
杂散光:<0.1%
色品坐标准确度:±0.0025(标准色光下),±0.0003(标准a 光源下);
色品坐标重复性:±0.0002x,±0.0003y(恒温蓝光led)
光通量测量范围:0.01 lm-200,000 lm(配不同积分球);
光度准确度:一级
a/d转换:16bit 1.25mhz ad;
通讯接口:usb2.0;
基本测量功能
测量光谱功率分布,实现植物光度系统下的光合辐射度量、光量子系统下的光电子数、辐射度系统下辐射度量、光度系统下的光度量的测量。广泛应用于植物生长灯测量领域。
基本参数
1、cct(k) 2、光通量(lm) 3、坐标x,y 4、坐标u,v
5、色容差sdcm 6、明暗视觉比s/p 7、峰值波长(nm) 8、中心波长(nm)
9、主波长(nm) 10、质心波长(nm) 11、半宽度(nm) 12、红色比(%)
13、绿色比(%) 14、蓝色比(%) 15、色偏差duv 16、色纯度(%)
17、显色指数 18、辐射功率ep(w/㎡) 19、色域指数(rg) 20、逼真度指数(rf)
光电参数
21、光效(lm/w) 22、能效 23、能效等级 24、电压(u,v)
25、电流(i,a) 26、功率(p,w)27、功率因数(pf) 28、正向电压(vf,v)
29、正向电流(if,a) 30、反向电压(iv,mcd) 31、反向电流(ir,ua)
植物参数
32、ppf(350-800nm)(umol/s)//光子通量
33、ppf(400-700nm)(umol/s)//光合光量子通量
34、ppfuv(umol/s) 35、ppfr(umol/s) 36、ppfg(umol/s)
37、ppfb(umol/s) 38、ppffr(umol/s) 39、ppffir(umol/s)
40、ppe(umol/j) 41、euv(w/㎡) 42、er(w/㎡)
43、eg(w/㎡) 44、eb(w/㎡) 45、efr(w/㎡)
46、eir(w/㎡) 47、 erb红光/蓝光比 48、erfr红光/远红光比
49、prf(mw) //光合有效辐射通量
50、kppfv(umol/s/klm)//光合与光度转换系数
51、eff(umol/s/w)//光合光子通量效率
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