Светодиодный модулируемый фитоосветитель растений
Владельцы патента RU 2637744:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" (RU)
Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к осветителям на основе фитосветодиодных матриц полного спектра. Преимущество изобретения заключается в том, что создание светодиодного модулируемого пространственным модулятором фитоосветителя растений на основе фитосветодиодных матриц, работающих в импульсном режиме со спектральной характеристикой, максимально соответствующей индивидуальным особенностям растений, и увеличенной плотностью потока излучения, способствует получению существенно более высоких урожаев за более короткие сроки. В систему управления введены автоматический регулятор плотности потока излучения по времени суток «утро», «день», «вечер» и автоматический регулятор импульсного включения источников света с регулировкой времени экспозиции и длительности темновых пауз. Управление изменением параметров светового потока может производиться и вручную. 3 ил.
Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к осветителям на основе фитосветодиодных матриц полного спектра и предназначенным для выращивания различной растительной продукции в домашних или промышленных условиях, где необходимо досвечивать растения при недостатке естественного освещения.
Известен «универсальный светодиодный осветитель с микропроцессорным управлением», содержащим несколько групп светодиодов с различным спектром излучения, дополняющих друг друга, включая инфракрасный и ультрафиолетовый, а также обогреватель направленного действия. Осветитель имеет регулятор с автоматическим поддержанием цикла освещения и регулятор с автоматическим поддержанием режима освещения и датчик-спектрометр состава светового потока. При этом обеспечивается суммарный световой поток, соответствующий различным географически широтам, климатическим условиям и видам растений (или аквариумных рыб). Управление изменением параметров светового потока может производиться вручную или автоматически с помощью микропроцессора. Осветитель может быть также использован совместно с внешними источниками света, добавляя недостающую часть спектра для повышения коэффициента цветопередачи (см. патент РФ №39183, МПК 7 F21F 9/10 «Универсальный светодиодный осветитель с микропроцессорным управлением», заявка на изобретение 2004111438/22 от 16.04.2004. - Опубл. 20.07.2004).
Основным недостатком изобретения является большое количество светодиодов и сложная система управления.
Более близким и принятым за прототип является «универсальный полихроматический облучатель», содержащий несколько групп светодиодов с различным спектром излучения, дополняющих друг друга, включая инфракрасный и ультрафиолетовый, а также обогреватель, выполненный в виде источника инфракрасного излучения с направленным тепловым потоком. В систему управления введены автоматический регулятор цикла облучения по времени суток любого пояса земного шара, автоматический регулятор режима освещения в соответствии с погодными условиями, датчик температуры, датчик, сканирующий спектральный состав излучения, а также переключатель, позволяющий корректировать спектр излучения в зависимости от спектра излучения внешнего источника освещения и заданного режима освещения (см., патент РФ №2278408, МПК-8 G05D 25/00 «Универсальный полихроматический облучатель», опубл. 20.06.2006, Бюл. №17).
Основным недостатком изобретения является большое количество светодиодов, избыточная система управления.
Задачей данного изобретения является создание светодиодного, модулируемого пространственным модулятором (ПМ) фитоосветителя с излучением максимально соответствующим индивидуальным особенностям растений.
Технический результат - сокращение количества светодиодов, соответственно упрощение системы управления, ускорение роста и развития растений.
Поставленная задача достигается тем, что в светодиодном модулируемом фитоосветителе растений, содержащем источники излучения, контроллер управления, источник питания, источники излучения, выполнены на основе фитосветодиодных матриц полного спектра, работающих в импульсном режиме, источник, расположенный сверху, состоящий из двух фитосветодиодных матриц, выполнен с возможностью изменения высоты освещения растений, причем его излучение дополнительно модулируется пространственным модулятором, второй источник, состоящий из трех фитосветодиодных матриц, предназначенный для дополнительного освещения нижней и боковой части растений, выполнен с возможностью изменения угла наклона, а в контроллер управления введены автоматическая регулировка плотности потока излучения по времени суток: «утро», «день», «вечер» и автоматическая регулировка импульсного включения источников света с регулировкой времени экспозиции и длительности темновых пауз в зависимости от вида растений.
Управление изменением параметров светового потока может производиться и вручную.
Как известно стимуляция биосистемы может осуществляться посредством электромагнитных полей оптического диапазона. Согласно гипотезе [см. Малов А.Н., Малов С.Н., Черный В.В. / Физические основы лазерной терапии. - Иркутск: ИФ ИЛФ СО РАН, 1997. Препринт №2. - 46 с.] эффект лазерной биостимуляции проявляется при условии «согласования пространственного распределения интенсивности поля лазерного излучения (спекл-структуры) со структурой биологического объекта, характеризующейся конформационными состояниями макромолекул».
Одним из отличий лазерного когерентного излучения от некогерентного света является его способность формировать спекл-структуры. Спекл (англ. speckle - крапинка, пятнышко) - это случайная интерференционная картина, которая образуется при взаимной интерференции когерентных волн, имеющих случайные сдвиги фаз и/или случайный набор интенсивностей. На такой картине, как правило, можно отчетливо наблюдать светлые пятна, крапинки (их и называют спеклами), которые разделены темными участками изображения.
Понятие «когерентное излучение» не означает использование только лазерного излучения. В ряде случаев такое излучение реализуется с обычными источниками света широкого спектрального диапазона с протяженным телом светимости, излучающим частично когерентный свет с малой длиной временной когерентности и малой областью пространственной когерентности. Поэтому спекл-структуры наблюдаются не только в свете лазерного излучения. На (фиг. 1а,б) изображены фрагменты спекл-структур в свете лазерного λ=658 нм (фиг. 1а) и светодиодного излучения (фиг. 1б) с длиной волны λ=680 нм про модулированных ПМ.
Как видно из фиг. 1а, б светодиодное излучение дает худшую видность (контрастность) по сравнению с лазерным излучением из-за меньшей длины и объема когерентности светодиодного излучения. Тем не менее, освещение растений таким излучением в период вегетации приводит к более существенному эффекту.
Спекл-поле, формируя на облучаемой поверхности микронеоднородную структуру с определенными характеристиками, является наиболее биологически активным, что позволяет достичь более значительного эффекта при освещении вегетирующих растений. Поэтому, формируя электромагнитные поля с близкими для облучаемой биосистемы пространственно-временными характеристиками (спекл-структурами), можно получить более существенный эффект при вегетации растений. Для формирования такого электромагнитного поля применяется пространственный модулятор.
Пространственный модулятор (ПМ) - это многослойная структура со случайно неоднородной средой, заключенная между двумя прозрачными пластинами. В качестве компоненты пространственного модулятора использовалась биологически активная добавка (БАД) чаванпраш.
Освещение источником, расположенным над растениями, осуществляется двумя фитосветодиодными матрицами полного спектра(по 30 Вт каждая) типа 30WF-GL с соблюдением следующих параметров:
- размер чипа 52×56 мм, излучаемый спектр 380-840 нм, угол рассеивания 140°, напряжение питания 30-36V, ток 900-1А, ресурс работы ≥50000 часов, вес 8 грамм.
На фиг. 2 изображена спектральная характеристика фитосветодиодной матрицы полного спектра.
Освещение нижней и боковой части растений осуществляется тремя фитосветодиодными матрицами полного спектра (по 1 Вт каждая) типа 1W Full Spectrum с соблюдением следующих параметров:
- размер чипа: 28×28 мм, излучаемый спектр 400-840 нм, угол рассеивания 120°, напряжение питания 3,0-3,4V, рабочий ток: 700 мА, ресурс работы 100000 часов, вес 6 грамм.
На фиг. 3 показан светодиодный модулируемый фитоосветитель растений, состоящий из корпуса - 1 с посадочной поверхностью - 2, на поверхности которой размещаются семь горшков с растениями - 3, трех фитосветодиодных матриц - 4 для освещения нижней и боковой части вегитирующих растений и размещенного в корпусе 1 контроллера управления освещением - 5 и трех драйверов - 6 для подключения фитосветодиодных матриц 4, направляющей штанги - 7 и подвижной штанги - 8 для изменения высоты подвеса плафона - 9 с расположенными в нем двумя фитосветодиодными матрицами - 10, укрепленных на радиаторах - 11 с кулерами для охлаждения - 12, двух драйверов - 13 и двух пространственных модуляторов - 14.
Светодиодный модулируемый фитоосветитель растений работает следующим образом: программируемый контроллер, обеспечивает заданный режим импульсного включения фитосветодиодных матрице регулировкой времени экспозиции и длительности темновых пауз и регулировкой плотности потока излучения по времени суток «утро», «день», «вечер».
Первоначально включаются верхние фитосветодиодные матрицы без ПМ. С появлением апексов под фитосветодиодными матрицами устанавливают ПМ. При дальнейшем ростес появлением двух первых листьев подключаются нижние фитосветодиодные матрицы, угол наклона которых возможно изменять с ростом растений.
Суммарный поток излучения, действующий на растения, вызывает в них фотореакции, формирующие процесс фотосинтеза, идет анаболический процесс, приводящий к росту растений с выделением кислорода. Во время темновых пауз имеет место биологический отдых растения с выделением углекислого газа.
Светодиодный модулируемый фитоосветитель ускоряет развитие растений на начальных этапах вегетации и, как следствие, на более поздних этапах роста, что обеспечивает получение существенно более высоких урожаев за более короткие сроки.
Светодиодный модулируемый фитоосветитель растений, содержащий источники излучения, контроллер управления, источник питания, отличающийся тем, что источники излучения выполнены на основе фитосветодиодных матриц полного спектра, работающих в импульсном режиме, источник, расположенный сверху, состоящий из двух фитосветодиодных матриц, подключенных к контроллеру через драйвер, выполнен с возможностью изменения высоты освещения растений, причем его излучение дополнительно модулируется пространственным модулятором, второй источник, состоящий из трех фитосветодиодных матриц, подключенных к контроллеру через драйвер, предназначенный для дополнительного освещения нижней и боковой части растений, выполнен с возможностью изменения угла наклона, а в контроллер управления введены автоматическая регулировка плотности потока излучения по времени суток: «утро», «день», «вечер» и автоматическая регулировка импульсного включения источников света с регулировкой времени экспозиции и длительности темновых пауз в зависимости от вида растений.
