CN105638469A - 一种高光能利用率的变光谱型组培架 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高光能利用率的变光谱型组培架，包括立柱，立柱上设置有若干层层板，每层层板上设置有组培瓶，每层层板下方设置有LED光板，每个LED光板上设置有若干个LED灯珠，LED灯珠呈对称型分布，形成第二凹槽，组培瓶扣合于第二凹槽内，每颗LED灯珠均由若干个不同颜色的LED芯片构成，LED光板上连接有控制系统；控制系统包括单片机，单片机上分别连接有光强控制单元、光板模式控制单元和光周期控制单元。本装置能同时实现每种颜色LED芯片的光强在0-100％可调，光照时间0-24h可调，光质组合灵活多样的功能，满足了组培苗在不同生长阶段对光强、光质和光照时间的不同需求，使用灵活，且存取方便简单。

Description

一种高光能利用率的变光谱型组培架

技术领域

本申请属于生化器材领域，具体地说，涉及一种高光能利用率的变光谱型组培架。

背景技术

植物组织培养广义上又叫离体培养，指从植物体中分离出符合需要的组织、器官、细胞或者原生质体等，通过无菌操作，在人工控制的条件下进行培养以获得再生的完整植株或生产出具有经济价值的其他它产品的技术。狭义上是指用植物的各部分组织，如形成层、薄壁组织、叶肉组织、胚乳等进行培养获得再生植株，也指在培养过程中从各器官上产生愈伤组织的培养，愈伤组织再分化形成植物。植物组织培养技术的发现和使用至今已有近百年的历史，而且已经成为一种常规的实验技术，广泛应用于植物的脱毒、快速繁殖、基因工程、细胞工程、遗传研究、次生代谢物质的生产、工厂化育苗等多方面。

在植物组织培养过程中，培养架是不可或缺的实验设备之一。传统的组织培养架如图1所示，它们一般具有空间利用率不高，光源均匀性不良，光强及光谱结构不可调，节能效果不佳等缺点。

在如图1所示的传统组培架中，一般采用固定式组培架结构，在组培架内空间利用率以及能源利用率上有许多不足之处，仔细分析就会发现这种结构的缺点。例如一个规格为60cm*60cm*200cm的传统组培架，一般将其分为3-4层，每层层板下方安装两根日光灯管，为了保证架内具有一定的光照均匀度就必须提高增加层板之间的距离，从而直接导致组培架层数减少，空间利用率降低等缺点，而且每层内的光强分布不均匀，边缘处一般只有层板中间光强的1/2。尤其是光能损失严重，利用率较低。如图1所示的组培架结果中能直接照射到组培瓶上的光强一般仅为光源所发光能的30％左右，而且照射到瓶壁上的光线由于入射角较大，由瓶壁玻璃反射造成的损失也较大，并且由于瓶盖一般由塑料制成，透过率较低，因此入射到组培苗上的光能就更少了。另外一方面，组培苗在生长的不同阶段对光照强度、光质和光照时间的要求也有所不同，但由于日光灯管的光强与光质固定，因此无法满足组培过程中不同阶段对光强和光质的不同需要求。

也有少数专利，如专利号：201120013386.1公开了一种组培架，光源为安装在PCB板上的LED灯珠，专利号201410009801.4也公开了一种组培架，光源为LED灯管。与传统的荧光灯组培架相比，这两者虽都在一定程度提高了组培架的空间利用率和节能效果，实现了组培架的多层结构，但无论是从利用空间利用率还是节能效果方面仍然有一些不足之处，如使用黑色组培瓶盖时，照射在组培瓶盖面上的光100％损失为100％，使用白色组培瓶盖时，照射在组培瓶盖上的平均光损失平均为30％-40％，还有如上所提到的瓶壁玻璃的反射损失。此外，这两种组培架仍存在着空间利用率没有得到充分的利用、LED光照强度及光质固定而无法改变、以及节能效果不佳等问题。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种高光能利用率的变光谱型组培架，该变光谱型组培架是一种能够同时满足架内空间利用率高、光照均匀性优、光强、光质以及光照时间可调、节能效果显著的组培架。

为了解决上述技术问题，本申请开了一种高光能利用率的变光谱型组培架，包括立柱，立柱上设置有若干层层板，每层层板上设置有组培瓶，每层层板下方设置有LED光板，每个LED光板上设置有若干个LED灯珠，LED灯珠呈对称型分布，形成第二凹槽，组培瓶扣合于第二凹槽内，LED光板通过导线连接有控制系统。

进一步地，控制系统包括单片机，单片机上分别连接有光强控制单元、光板模式控制单元和光周期控制单元。

进一步地，层板上设置有托盘，组培瓶放置于托盘内。

进一步地，立柱设置有4个；立柱为方形铝质型材，立柱上设置有第一凹槽。

进一步地，立柱通过螺钉和连接器与层板活动连接，LED光板通过螺钉和连接器与立柱活动连接。

进一步地，连接器为L型板，连接器包括垂直连接的竖直板和水平板，竖直板的侧面设置有凸起部，连接器通过凸起部活动卡设于第一凹槽内。

进一步地，第二凹槽至少设置有2个，第二凹槽为正n边形；每个第二凹槽由n个LED灯珠或者2n个LED灯珠构成，其中，n为正整数，n不小于4。

进一步地，托盘包括若干个托盘单元，托盘单元与第二凹槽一一对应设置，每个托盘单元内放置一个组培瓶每个托盘单元为正n边形，其中，n为正整数，n不小于4。

进一步地，每颗LED灯珠由若干个不同颜色的LED芯片构成。

与现有技术相比，本申请可以获得以下技术效果：

1)在本发明中，由于每颗LED灯珠都由多种不同颜色的LED芯片构成，每个LED芯片的光谱结构都可以任意设定，它们可以由植物生长最需要的红、蓝光以及作为补充用的绿光LED芯片构成，且每种颜色LED芯片的光强和光照时间都可以分别、单独、任意可调，因此可以得到任意光强、光质及光照时间的组合，满足不同组培苗在不同生长阶段对光照的需求；由于所述LED光板可直接扣于组培瓶上，与组培瓶紧密连接，且所述组培瓶的瓶盖处未布有灯珠，这样既可以由于灯珠离组培苗较近而大大提高光强的利用率，也可以由于组培瓶的瓶盖处未布有灯珠而避免LED灯珠和光能的无效浪费，还可以由于灯珠离组培瓶很近而使得光线几乎与组培瓶肩部成垂直入射到组培苗中，大大减小了组培瓶对入射光线的反射损失；由于LED灯珠的分布与组培瓶相对应，实现了LED光板与组培瓶盖的零距离接触，从而大大提高了组培架内的空间利用率，在同样高度的空间内可以放置更多层的组培架；由于每个组培瓶同时被相同数目的LED灯珠包围，而且组培瓶与LED灯珠都保持着某种对称性的分布，既保证了组培瓶内非常高的光照均匀性，也使得每颗LED灯珠都可以同时照射其周围的多个组培瓶，从而节省了大量的LED灯珠，不仅节省了成本也降低了能源损耗。

2)以上发明的设计是迄今为止在保证组培架高效节能的同时空间利用率最高的一种设计，也是在保证组培架高空间利用率同时节能效果最好的一种设计，还是光质组合最灵活的一种设计，能同时满足组培苗在不同时期对光照强度、光质组合、光照均匀性及光照时长的需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请现有技术中的组织培养架的结构示意图；

图2是本申请高光能利用率的变光谱型组培架的结构示意图；

图3是本申请组培架局部显示图；

图4是本申请正六边形密集型LED光板示意图；

图5是本申请正六边形稀疏型LED光板示意图；

图6是本申请正四边形密集型LED光板示意图；

图7是本申请正四边形稀疏型LED光板示意图；

图8是本申请光源控制系统的框架图；

图9是本申请层板、灯板以及立柱的连接关系图；

图10是本申请正六边形托盘的结构示意图；

图11是本申请正四边形托盘的结构示意图。

图12是本申请LED灯珠的结构示意图。

图13是本申请几种LED光谱结构分布示意图；

图中，1.立柱，2.层板，3.组培瓶，4.螺钉，5.连接器，6.第一凹槽，7.LED光板，8.LED灯珠，9.控制系统，10.单片机，11.光强控制单元，12.光板模式控制单元，13.光周期控制单元，14.第二凹槽，15.荧光灯，16.托盘，17.托盘单元，18.竖直板，19.水平板，20.红色LED芯片，21.蓝色LED芯片，22.绿色LED芯片。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明公开了一种高光能利用率的变光谱型组培架，如图2至图13所示，包括立柱1，立柱1上方设置有层板2，层板2上设置有组培瓶3，层板2下方设置有LED光板7，每个LED光板7上设置有若干个LED灯珠8，灯珠均匀分布，形成第二凹槽14，组培瓶3扣合于第二凹槽14内，LED光板7通过导线连接有控制系统9。控制系统9包括单片机10，单片机10上分别连接有光强控制单元11、光板模式控制单元12和光周期控制单元13。如图10和图11所示，层板2上设置有托盘16，组培瓶3放置于托盘16内。立柱1设置有4个；立柱1为方形铝质型材，立柱1上设置有第一凹槽6。如图9所示，立柱1通过螺钉4和连接器5与层板2相连接。LED光板7通过螺钉4和连接器5与立柱1活动连接，连接器5为L型板，连接器5包括垂直连接的竖直板18和水平板19，竖直板18的侧面设置有凸起部，连接器5通过凸起部活动卡设于第一凹槽6内。第二凹槽14至少设置有2个，第二凹槽14为正n边形；每个第二凹槽14由n个LED灯珠或者2n个LED灯珠构成，其中，n为正整数，n不小于4。托盘16包括托盘单元17，托盘单元17与第二凹槽14一一对应设置，每个托盘单元17内放置一个组培瓶3，每个托盘单元17为正n边形，其中，n为正整数，n不小于4。

本发明的架体由四根方形铝质型材作立柱1以及用于存放组培瓶的层板2构成，方形铝型材设置有第一凹槽6，可利用这一结构调节立柱1与层板2以及LED光板7之间的距离，立柱1通过螺钉4和连接器5与层板2活动连接，连接器5为L型板，层板2可通过第一凹槽6任意上下滑动以调节层板2高度，层板2下方装有LED光板7，光板7上装有若干个LED灯珠8，每颗LED灯珠8的结构如图12所示，其内部由若干个LED芯片构成，每个LED芯片的光谱成分都不同，由此所构成的LED灯珠的光谱结构可以任意设定，光谱的设定可以通过调节每个LED芯片所发出光的强度的方法来实现。图12所示的LED灯珠由植物生长最需要的红光LED芯片20、蓝光LED芯片21以及作为补充用的绿光LED芯片22这三种最常用的LED芯片构成，这些芯片的连接方式为常规的连接，在此不再赘述。图13给出了红、蓝、绿三种光谱的不同的组合。图13a是中心波长为660nm的红光；图13b是中心波长为530nm的黄绿光；图13c是中心波长为450nm的蓝光；图13d、e、f分别是这三种光的不同组合。LED光板7分为密集型LED光板和稀疏型LED光板，LED灯珠8与组培瓶3保持着某种对称性的均匀分布，LED光板7下方均匀放置组培瓶3，层板2上设置有托盘16，组培瓶3放置于托盘16内，组培瓶3均由LED灯珠8环绕照射，组培瓶3扣合于第二凹槽14内，第二凹槽14由LED灯珠8形成。在所述组培瓶3的瓶盖处未布有LED灯珠。

LED光板有两种设计方案分为密集型LED光板和稀疏型LED光板，密集型LED光板即是第二凹槽14为正n边形，每个第二凹槽14设置有2n个LED灯珠，稀疏型LED光板即是第二凹槽14为正n边形，每个第二凹槽14设置有n个LED灯珠。如图4和图5所示，以正n边形为正六边形为例，对于密集型LED光板，正六边形贯穿整个LED光板，但正六边形六条边以外均不布置LED灯珠，对于密集型的LED光板，每个第二凹槽14设置有12个LED灯珠，所有LED灯珠均沿着正六边形六个顶点及六条边的中点均匀分布，且铺满整个光板，对于稀疏型LED光板，每个第二凹槽14设置有6个LED灯珠，所有LED灯珠均沿着正六边形六个顶点均匀分布，且铺满整个光板。同理如图6及图7所示，正四边形贯穿整个LED光板，但正四边形四条边以外均不布置LED灯珠，所有LED灯珠均沿着正四边形四个顶点或者四条边的中点均匀分布，铺满整个光板。

由于组培瓶3正上方的瓶盖处未布设LED灯珠，节省了大量的LED灯珠和能源，而且由于LED灯珠自身具有约5mm的高度，整个光板则会形成均匀分布的第二凹槽，且第二凹槽内接圆的直径仅比组培瓶的直径大5mm左右，当组培瓶均匀放置在托盘16中并置于层板2上时，可将LED光板7直接扣在组培瓶上，LED光板7上第二凹槽14与组培瓶3一一对应，使组培瓶盖恰好落于第二凹槽14内，从而组培架层与层之间的实际距离为组培瓶实际高度h1加上LED光板厚度h2以及光板上下移动的1cm距离，对于组培瓶高度h1而言，整个组培架层数为N＝(h3-h4)/(h1+h2)(组培架实际高度h3，组培架隔空层离地高度h4)，如图3组培架局部显示图所示。相对于同一规格的传统组培架，如规格为60cm*60cm*200cm(长*宽*高)组培架(包括离地10cm隔空层)，传统方式组培架大概四层，而使用我们发明的设计方法后，对于高度为8cm和14cm两种规格的组培瓶来说，前者有19层组培架，后者有11层。因此相对于同一规格的传统组培架，我们发明设计的组培架内空间利用率在前述两种规格组培瓶的基础下分别提高到原来的4.75倍和2.75倍，极大的提高了架内空间利用率。

组培瓶3的瓶盖恰好落于LED光板7上的第二凹槽14内；当需要取出组培瓶3时，则可通过调节螺钉4和连接器5，将LED光板7稍微提高即可方便地取出托盘16及托盘16内的组培瓶。

由于除去了组培瓶盖正上方第二凹槽内的LED灯珠，如图4和图5所示的正六边形式LED灯板设计中，LED灯珠数量分别减少为全灯珠布置的44.73％和70％；如图6和图7所示的正方形式LED灯板设计中，LED灯珠数量分别减少为全灯珠布置的77.01％和54.1％，彻底解决了光能在组培瓶盖上由于透过率较小而浪费的现象，减少了由于组培瓶玻璃反射而造成的损失，大大降低了能源消耗和成本，提高了光能的利用率，并且可在同一LED光板中同时实现正六边形的密集型和稀疏型两种模式或者正方形的密集型和稀疏型两种模式，如图8光源控制系统图中所示，利用光板模式控制单元即可实现光板模式选择。LED光板通过导线连接控制系统9，控制系统9包括单片机10，单片机10上分别连接有光强控制单元11、光板模式控制单元12和光周期控制单元13。光强控制单元11有复数个控制端口，每个端口控制LED灯珠中一种颜色的LED芯片，使每种颜色LED芯片的光照强度都可以实现0-100％可调，用以实现红光、蓝光和绿光三种光的任意组合，满足组培苗对不同光质的需求；光周期控制单元13实现每种颜色LED芯片的光照时间在0-24h分别可调，满足了组培苗在不同生长阶段对不同光照强度、不同光质和不同光照时间的需求；光板模式控制单元12可以在同一LED光板上同时实现密集型与稀疏型两种模式，大大降低了能源的消耗和成本，提高了光能的利用率。

以上本发明的LED光板模式尤其是如图4-图7所示的四种模式应是迄今为止在保证高效节能的同时组培架空间利用率最高的一种设计，也是在保证组培架高的空间利用率的同时节能效果最好的一种设计，还是光质组合最灵活的一种设计，能同时满足每种颜色LED芯片的光强在0-100％可调，每种颜色LED芯片的光照时间0-24h可调，光质组合灵活多样，满足了组培苗在不同生长阶段对光强、光质和光照时间的不同需求，使用灵活，且存取组培瓶方便简单。本装置具有组培架内空间利用率高、光照均匀性优、节能效果显著、光强、光质和光照时间可调等特点。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高光能利用率的变光谱型组培架，其特征在于，包括立柱(1)，所述立柱(1)上设置有若干层层板(2)，每层层板(2)上设置有组培瓶(3)，每层层板(2)下方设置有LED光板(7)，每个LED光板(7)上设置有若干个LED灯珠(8)，所述LED灯珠(8)呈对称型分布，形成第二凹槽(14)，所述组培瓶(3)扣合于第二凹槽(14)内，所述LED光板(7)通过导线连接有控制系统(9)。

2.根据权利要求1所述的高光能利用率的变光谱型组培架，其特征在于，所述控制系统(9)包括单片机(10)，所述单片机(10)上分别连接有光强控制单元(11)、光板模式控制单元(12)和光周期控制单元(13)。

3.根据权利要求1所述的高光能利用率的变光谱型组培架，其特征在于，所述层板(2)上设置有托盘(16)，所述组培瓶(3)放置于托盘(16)内。

4.根据权利要求1所述的高光能利用率的变光谱型组培架，其特征在于，所述立柱(1)设置有4个；立柱(1)为方形铝质型材，所述立柱(1)上设置有第一凹槽(6)。

5.根据权利要求4所述的高光能利用率的变光谱型组培架，其特征在于，所述立柱(1)通过螺钉(4)和连接器(5)与层板(2)活动连接，所述LED光板(7)通过螺钉(4)和连接器(5)与立柱(1)活动连接。

6.根据权利要求5所述的高光能利用率的变光谱型组培架，其特征在于，所述连接器(5)为L型板，连接器(5)包括垂直连接的竖直板(18)和水平板(19)，所述竖直板(18)的侧面设置有凸起部，所述连接器(5)通过凸起部活动卡设于第一凹槽(6)内。

7.根据权利要求3所述的高光能利用率的变光谱型组培架，其特征在于，所述第二凹槽(14)至少设置有2个，第二凹槽(14)为正n边形；每个第二凹槽(14)由n个LED灯珠或者2n个LED灯珠构成，其中，n为正整数，n不小于4。

8.根据权利要求7所述的高光能利用率的变光谱型组培架，其特征在于，所述托盘(16)包括若干个托盘单元(17)，所述托盘单元(17)与第二凹槽(14)一一对应设置，每个托盘单元(17)内放置一个组培瓶(3)，每个托盘单元(17)为正n边形，其中，n为正整数，n不小于4。

9.根据权利要求1所述的高光能利用率的变光谱型组培架，其特征在于，所述每颗LED灯珠(8)由若干个不同颜色的LED芯片构成。