CN106680205A - 一种可实时监测植物生长状态的led照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物生长状态实时监测的LED照明系统，通过实时测试分析经叶面反射的红外光谱中的信息，实现了植物生长状态的实时监测。该系统不仅可以对叶绿素的含量进行监测，同时也可以对其他的一些病虫害进行监测。
Description
技术领域
本发明涉及植物培育技术领域，特别涉及一种可实时监测植物生长状态的LED照明系统。
背景技术
不同波长的光对植物的生长培养均有一定的作用。研究表明，400nm~500nm、600nm~700nm波段的光对促进植物生长作用最大。因此目前市场上以及大量专利提出的LED灯具照明也均属于这个波段。采用类似光照的方式以促进植物生长，通常称为“光肥”。但是植物在生长过程中，目前的LED照明灯光照方式均是从顶端照射。专利CN201380046102.0针对植物采光需求提出了一种可以控制某一处局部光的光强度的照明设备。其控制单元被配置成通过控制园艺光对局部光的贡献来防止在选自等于或小于5分钟的范围的预定时间段内，所述地点处的局部光的平均超过50µmol/s/m2的光合作用光子通量密度（PPFD）变化。
随着LED光源研究的发展，面向植物生长应用的LED植物生长灯也逐渐得到推广应用。LED光源的特色在于可以通过LED芯片设计植物生长所需要的光源，最大限度地促进植物的生长。同时，光源的智能控制也能够有效的结合植物生长周期，进行周期性控制照明，从而实现有效培育的目的。但是目前市场上，包括多数研究院所，对于LED光源在植物照明系统中应用的探索主要集中在如何优化设计LED光源光谱，使其能够与植物生长需求光谱相匹配。对于植物而言，应用选择性光谱的照明促生长和照明过程中植物生长状况的实时监测同样重要，对于植物生长过程的实时监测也更有利与研究人员对植物生长培育模式进行研究。
植物生长过程中叶绿素反应了其生长状况，但是另一方面对于植物所感染病虫害的情况也需要进行准确的判断，以便有效的防治这些病虫害，实现高质量的植物培育。专利CN201010200933.7就基于这一考虑提出一种植物叶绿素在线检测的装置。但是这种装置一方面通过激发植物叶绿素荧光进行检测，另一方面这种检测装置只是针对叶绿素进行检测分析。
傅里叶红外光谱是一类比较成熟的分子检测技术，它是利用物质对红外光区的电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及定性和定量分析的一种方法。被测物质的分子在红外线照射下，只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外光谱。对红外光谱进行剖析，可对物质进行定性分析。化合物分子中存在着许多原子团，各原子团被激发后，都会产生特征振动，其振动频率也必然反映在红外吸收光谱上。当LED光源发出的光经过植物叶面漫反射之后，漫反射光谱中必然带有叶面内相关物质的信息。
为此，本专利提出一种基于红外特征光谱吸收的植物生长状态实时在线监测方法，不仅可以对叶绿素的含量进行监测，同时也可以对其他的一些病虫害进行监测。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出一种可实时监测植物生长状态的LED照明系统，包括LED光源、探测器、数据采集系统以及光谱分析系统，对病虫害进行实时监测，所述的LED光源可选用多光谱的LED光源，选取植物生长过程中主要进行光合作用的部位—叶面作为实施检测部位，LED光源发出的光在植物叶面产生漫反射，漫反射光谱中含有与植物病害相关联的特征谱，当光谱由固定在叶面上方的探测器接收之后，再通过比对初始光谱，可以得到是否存在导致植物病害的菌类或叶绿素含量信息。
进一步的，所述的LED光源至少包含了420nm~500nm、600nm~750nm、800nm~2500nm三种波段的光谱，前两个波段的光谱可根据植物种类以及其生长特征吸收波长进行调节，第三类波段光谱为特征谱检测用波段。
进一步的，所述的用于生长状态实时监测的光源照射位置，即能够表征植物生长状态的位置可为植物的叶上某一部位。
进一步的，LED光源至少包含400nm~2500nm用于检测吸收的波段。
进一步的，所述的探测器主要由光栅、光探测器，控制电路等构成。
进一步的，所述探测器中的光探测器可为电荷耦合器、光电倍增管、光电二极管、光电导探测器中的任一种。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明的一种实时监测植物生长状态的LED照明系统，通过实时测试分析反射光谱中的信息，实现了植物生长状态的实时监测。植物生长状态的实时监测不仅可以获取叶绿素的含量信息，同时也可以对其他的一些病虫害进行监测，这对及时发现并救治植物、消除病虫害有着十分重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明实施例的一种植物生长状态实时监测的LED照明系统结构示意图。
图2为本发明实施例的一种植物生长状态实时监测的LED照明系统工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明实施例的一种植物生长状态实时监测的LED照明系统结构示意图。
图2为本发明实施例的一种植物生长状态实时监测的LED照明系统工作流程图。
如图1所示，一种植物生长状态实时监测的LED照明系统，具体包含LED光源、探测器、数据采集系统以及光谱分析系统。所述 LED光源至少包含了420nm~500nm、600nm~750nm、800nm~2500nm三种波段的光谱。所述探测器主要由光栅、光电探测器，控制电路等构成。
LED光源发射光，当光经过检测部位后吸收光具有标识特异分子的特征峰，探测端将检测到的特征峰发送给数据采集系统，随后数据将传输到光谱分析系统，对此类特征峰进行比对分析。
由于植物体内所含有叶绿素，以及遭受病虫害后体内所含病菌具有特异性，这些特异性表现在对于光谱吸收的特征谱不同。为此选取植物生长过程中具有代表性的观察部位作为实施检测部位，将叶面检测部位置于LED光源下方，当光照射在叶面上后产生漫反射，漫反射光光谱中含有叶面吸收掉的特征光谱，探测端对此类特征峰进行比对分析可发现是否存在导致植物病害的菌类。一般而言，叶绿素是对光谱产生吸收的重要组成部分，其自身的吸收也存在特征峰。对于叶绿素吸收后产生的特征光谱进行积分，一定程度上也可以获得叶绿素含量的信息。对于吸收光谱中信息实时测试分析，便可实现植物生长状态的实时监测。
LED光源至少包含了420nm~500nm、600nm~750nm、800nm~2500nm三种波段的光谱，420nm~500nm、600nm~750nm两种波段的光谱可根据植物种类以及其特征吸收波长进行调节，主要用于植物生长需求。800nm~2500nm波段主要用于探测。
用于生长状态实时监测的光源照射位置，即能够表征植物生长状态的位置可为植物的页、茎上的某一部位。
所述LED光源中至少包含400nm~2500nm用于检测吸收的波段。
所述探测器中的光探测器可为电荷耦合器、光电倍增管、光电二极管、光电导探测器中的任一种。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种可实时监测植物生长状态的LED照明系统，包括LED光源、探测器、数据采集系统以及光谱分析系统，对病虫害进行实时监测，所述的LED光源可选用含有红外波段光谱的LED光源，其特征在于：选取植物叶面作为监测对象，LED光源发出的光在植物叶面产生漫反射，漫反射光谱中含有与植物病害相关联的特征谱，当光谱由固定在叶面上方的探测器接收之后，再通过比对初始光谱，可以得到是否存在导致植物病害的菌类或叶绿素含量信息。
2.根据权利要求1所述的一种可实时监测植物生长状态的LED照明系统，其特征在于：所述的LED光源至少包含了420nm~500nm、600nm~750nm、800nm~2500nm三种波段的光谱，前两个波段的光谱可根据植物种类以及其生长特征吸收波长进行调节，第三类波段光谱为特征谱检测用波段。
3.根据权利要求1所述的一种可实时监测植物生长状态的LED照明系统，其特征在于：所述的用于生长状态实时监测的光源照射位置，即能够表征植物生长状态的位置可为植物的叶上某一部位。
4.根据权利要求1所述的一种可实时监测植物生长状态的LED照明系统，其特征在于：所述的LED光源中至少包含400nm~2500nm用于检测吸收的波段。
5.根据权利要求1所述的一种可实时监测植物生长状态的LED照明系统，其特征在于：所述的探测器主要由光栅、光探测器，控制电路等构成。
6.根据权利要求5所述的一种可实时监测植物生长状态的LED照明系统，其特征在于：所述探测器中的光探测器可为电荷耦合器、光电倍增管、光电二极管、光电导探测器中的任一种。
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