CN105517306B - 一种基于等离子体的温室培养灯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于等离子体的温室培养灯系统设计，具体涉及一种根据温室内的湿度和温度来影响等离子体温室培养灯的色彩和照度的电路系统设计，本发明属于电子技术领域；该系统由由温室湿度与温度采集电路、电源电路、微波发生器、发光体和外形组成，根据温室内植物生长环境的具体情况调节温室培养灯，使太阳光得以延续，这在一定程度上可以促进植物的生长，同时适当的调节光源的色彩和照度节省了电能。

Description

一种基于等离子体的温室培养灯系统

技术领域

本发明涉及一种温室培养灯系统，具体涉及一种根据温室内的湿度和温度来影响等离子体温室培养灯的色彩和照度的电路系统，本发明属于电子技术领域。

背景技术

目前，在日常的照明光源中普遍使用的是白炽灯和气体放电光源两类，限制了光源的使用寿命。前者属于热辐射光源，由钨丝在炽热情况下辐射出光，而后者是电流通过气体放电而产生光。这些电光源长时间使用时，灯泡电极会蒸发而引起较大的光衰减，同时电极与玻璃的密封会很容易漏气，减少光通量、光效率和电光源的寿命。现在的温室培养灯普遍使用的仍是上述两种照明光源，这不仅增加了培养的成本，而且对大面积的温室培养是不利的。等离子体温室培养灯的出现很好的解决了这些问题，其具有无电极、节能环保、光效好、寿命长、无光衰、光色好、光源可调、光维持率高，似太阳光，发出的是连续光谱，有利于植物的生长，并且可以在低温的环境中快速启动，具有广泛的应用前景。

发明内容

针对上述出现的问题，本发明的目的是提供一种能检测温室内环境，根据温室内环境变化自动调节色彩和照度的等离子体温室培养灯系统。其具体技术方案如下：

一种基于等离子体的温室培养灯系统，由温室湿度与温度采集电路、电源电路、微波发生器、发光体、外壳组成，所述温室湿度与温度采集电路包括光源、SPR传感器、光电转换电路和计算机；其特征在于：利用光源照射到SPR传感器表面，当温室中湿度和温度发生变化时，导致其内部的敏感膜折射率发生变化，SPR传感器测量共振波长或共振角与湿度、温度的关系，再通过光电转换电路与计算机连接，在计算机上显示出相应的光强。

进一步，当一束光耦合进光纤后，其出射的光强为：

（1）

故SPR传感器的光强为：

（2）

（3）

其中为入射角，为光纤的纤芯的折射率，为入射角到达纤芯-包层分界面的角度，式中为初始光的反射率。

进一步，所述电源电路包括高频电源、阻抗匹配；利用BJ-22型波导实验装置来实现微波的发生，并结合计算机、光谱仪、放电腔体、光照度计、郎缪探针共同构成了发光体以及检测系统；根据温室湿度和温度的不同，通过计算机设定数据控制光谱仪，与经过阻抗匹配的高频电源，同时作用放电腔体，此放电腔体首先为真空系统，同时在内部充入惰性气体，采用郎缪探针对等离子体进行检测和测量，用玻泡包围，并根据光照度计的测量值，照射不同的植物。

进一步，根据温室湿度和温度的变化，得到不同的光强，即为等离子体的温室培养灯所需达到的光照度。

进一步，利用电源驱动磁控管产生高频电磁能量，经过波导传输后耦合到谐振腔中，电磁能量激发高速旋转玻泡中固体物质，产生等离子体并发出具有连续光谱的强光。

进一步，若温室培养灯的光通量为：

（4）

对于等离子体的温室培养灯所需光照度为：

（5）

结合（4）式可得：

（6）

其中 为辐射面积， 为灯泡出射的孔径角， 为初始光的反射率，通过测量

， ， 的值，结合式（6）可计算出等离子体的温室培养灯所需的光照度；

根据式（6）的光照度，通过下面算法得到相应输入到等离子体的温室培养灯电流：

（7）

其中 为相关系数，为光电转换的指数，为需要输入的电流值。

基于温室内的湿度和温度变化来影响等离子体温室培养灯色彩和照度的系统，根据温室内植物生长环境的具体情况调节温室培养灯，使太阳光得以延续，这在一定程度上可以促进植物的生长，同时适当的调节光源的色彩和照度节省了电能，减少了植物培养的成本，是一种最优化的温室培养灯系统。

附图说明

图1为温室湿度和温度检测系统示意图；

图2为等离子体的温室培养灯系统示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种基于等离子体的温室培养灯系统，包括：温室湿度与温度采集电路、电源电路、微波发生器。

所述温室湿度与温度采集电路由光源照射到SPR传感器表面，当温室中湿度和温度发生变化时，如果能导致其内部的敏感膜折射率发生变化，那么可以用这SPR传感器测量共振波长或共振角与湿度、温度的关系，再通过光电转换电路与计算机连接，在计算机上显示出相应的光强。当一束光耦合进光纤后，其出射的光强为：

（1）

SPR传感器的光强为：

（2）

（3）

其中为入射角，为光纤的纤芯的折射率，为入射角到达纤芯-包层分界面的角度，式中为初始光的反射率。

如图2所示，本发明中的等离子体的温室培养灯系统由电源电路、微波发生器、发光体和外壳组成。在这个系统中需要测得电源输入功率、磁控管阳极电流、阴极高压、波导内的入射功率、反射功率、温度的升高值等参量，尤其需要该系统来调节微波部分的匹配。首先将等离子波导中段添加定向耦合器，以便提取所需要的入射量和反射量。其中定向耦合器采用标准的BJ-22型波导制成，尽管磁控管产生的是横向电磁波，但理想导电壁波导中不可能传输横向电磁波，所以只能传输横向电模或横向磁模，因此必然使用定向耦合，耦合方式采用十字型耦合孔。本发明在多功能微波等离子体装置上进行的，根据不同湿度和温度，通过光电转换电路的光照，先由微波源产生的一定频率的微波，并沿BJ-22矩形波导管以TE10模式传输，经过调整短路活塞，最后在水冷谐振腔反应室内激励气体形成轴对称的等离子体球，等离子体球的直径大小取决于真空沉积室中气体压力和微波功率。通过此装置作用放电腔体，其为真空的系统，其中充入惰性气体，并有郎缪探针。通过温室湿度与温度采集电路在计算机上呈现的数据经过光谱仪调节后，传递到放电腔中，则此时所需温室培养灯的光通量为：

（4）

对于等离子体的温室培养灯所需光照度为：

（5）

结合（4）式可得：

（6）

其中为辐射面积，为灯泡出射的孔径角，为初始光的反射率，通过测量

， ， 的值，结合式（6）可计算出等离子体的温室培养灯所需的光照度。

通过改变放电腔中惰性气体的种类调节等离子体的温室培养灯色彩，由于当玻泡中充入了氩气而发出蓝光，充入氖气发出红光，也可以在玻泡中加入少量的金属卤化物CaBr₂增加红光谱，且基本不改变其他颜色波长的光谱。通过改变与高频电源相连接的阻抗，改变输入到放电腔中的电流，调节等离子体的温室培养灯的光照度。根据式（6）的光照度，通过下面算法得到相应输入到等离子体的温室培养灯电流：

（7）

其中为相关系数，为光电转换的指数，为需要输入的电流值。

本发明基于以下原理：电源驱动磁控管产生高频电磁能量，经过波导传输后耦合到谐振腔中，电磁能量激发高速旋转玻泡中固体物质，产生等离子体并发出具有连续光谱的强光，这些强光与太阳光相类似，对植物进行光合作用起到重要的作用。本发明提出了一种基于等离子体的温室培养灯的系统设计，运用了微波耦合，在事先通过温室湿度与温度采集电路，根据温室中的湿度与温度调节等离子体的温室培养灯的光照度使其产生的光适合植物生长所需。

Claims (4)

1.一种基于等离子体的温室培养灯系统，由温室湿度与温度采集电路、电源电路、微波发生器、发光体、外壳组成，所述温室湿度与温度采集电路包括光源、SPR传感器、光电转换电路和计算机；其特征在于：利用光源照射到SPR传感器表面，当温室中湿度和温度发生变化时，导致其内部的敏感膜折射率发生变化，SPR传感器测量共振波长或共振角与湿度、温度的关系，再通过光电转换电路与计算机连接，在计算机上显示出相应的光强；当一束光耦合进光纤后，其出射的光强为：

故SPR传感器的光强为：

其中θ为入射角，n₁为光纤的纤芯的折射率，θ₁为入射角到达纤芯-包层分界面的角度，式中R＝|R₀|²为初始光的反射率；

所述电源电路包括高频电源、阻抗匹配；利用BJ-22型波导实验装置来实现微波的发生，并结合计算机、光谱仪、放电腔体、光照度计、郎缪探针共同构成了发光体以及检测系统；根据温室湿度和温度的不同，通过计算机设定数据控制光谱仪，与经过阻抗匹配的高频电源，同时作用放电腔体，此放电腔体首先为真空系统，同时在内部充入惰性气体，采用郎缪探针对等离子体进行检测和测量，用玻泡包围，并根据光照度计的测量值，照射不同的植物。

2.根据权利要求1所述的基于等离子体的温室培养灯系统，其特征在于：根据温室湿度和温度的变化，得到不同的光强，即为等离子体的温室培养灯所需达到的光照度。

3.根据权利要求1所述的基于等离子体的温室培养灯系统，其特征在于：利用电源驱动磁控管产生高频电磁能量，经过波导传输后耦合到谐振腔中，电磁能量激发高速旋转玻泡中固体物质，产生等离子体并发出具有连续光谱的强光。

4.根据权利要求3所述的基于等离子体的温室培养灯系统，其特征在于：若温室培养灯的光通量为：

对于等离子体的温室培养灯所需光照度为：

结合(4)式可得：

其中S为辐射面积，α为灯泡出射的孔径角，R₀为初始光的反射率，通过测量S，α，R₀的值，结合式(6)可计算出等离子体的温室培养灯所需的光照度；根据式(6)的光照度，通过下面算法得到相应输入到等离子体的温室培养灯电流：

其中k₁为相关系数，γ₁为光电转换的指数，i为需要输入的电流值。