CN110249843A - 一种高均匀度的植物培养架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高均匀度的植物培养架，包括框架，所述框架包括底板和顶板，顶板设置于底板的上方，顶板和底板间隔并平行相对；底板的上表面设有若干列凸台，每列凸台之间设置有种植植物的培养位；凸台的上表面贴封有LED芯片，相邻的LED芯片之间用电线连接；顶板的下表面设置有漫反射板，用来反射LED的光线。本发明提供的植物培养架将红LED灯珠、蓝LED灯珠排列阵列光源安装在植物种植平面上凸台的侧面，并把上方设计成反射面，反射面起到增加混光距离的作用，混光距离的增加则提高了光线耦合程度；该培养架可以在植物不同的生长期提供均匀的光照，保证植物的生长质量，有很好的利用前景。
Description
技术领域
本发明属于植物培养技术领域，尤其涉及一种高均匀度的植物培养架。
背景技术
目前，随着人们对土地资源的大规模开发，使得土地资源紧缺。只依靠传统的种植技术越来越难满足人们对于作物的需求。为了满足日益扩大的对于粮食和作物的需求，植物工厂的概念被提出并逐渐成为现代农业的重要生产渠道，植物工厂通过高精度的环境控制可以实现农作物连续生产，由此大幅度提高产量。植物工厂通过智能控制系统精确控制作物生长过程忠的环境温度、湿度、以及光照条件（光强，光谱）、二氧化碳浓度以及营养液等条件，使设施内植物生长不受或很少受自然条件制约的生产方式。在所有受控条件中，作为光合作用的必要因素，光是植物生长的关键，它起到调控植物的生长和代谢的作用，所以在植物工厂中提高光的性能尤为重要。植物工厂植物光源不仅要求照度的均匀，混色均匀度也尤为重要，如果不同位置的植物所受的光强和种类不同，植物的质量就会参差不齐。植物对蓝紫光（ 400~510 nm ）、红橙光（ 610~720 nm ）和远红光（ 720~780 nm ）反应最为敏感，其中可吸收的波长主要集中在蓝紫光段（波峰为 450 nm ）和红橙光段（波峰为660nm），因此植物照明采用红蓝双色LED进行照明。而上层放LED下层种植植株的种植方式使得混光长度不够长，导致均匀度不高。为了解决上述问题，提出一种高照明均匀度的植物培养架，把光源和种植位点放在同侧的，将红、蓝LED灯珠排列阵列光源安装在植物种植平面上三棱柱的侧面，并把上方设计成反射面，反射面起到增加混光距离的作用，混光距离的增加则提高了光线耦合程度，从而达到了高混光、混色均匀度的效果。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，为了解决现有植物生长灯设计不科学的问题，本发明的目的在于提供一种基于Taguchi算法的高均匀度植物培养架，该发明主要从提高植物生长灯对多色光的高照度均匀度及混色均匀度解决现有技术的不足。
本发明的目的至少通过以下技术方案之一实现的。
本发明提供了一种高均匀度的植物培养架，包括框架，所述框架包括底板和顶板，顶板设置于底板的上方，顶板和底板间隔并平行相对；底板的上表面设有若干列凸台，每列凸台之间设置有种植植物的培养位；凸台的上表面贴封有LED芯片，相邻的LED芯片之间用电线连接；顶板的下表面设置有漫反射板，用来反射LED的光线。
优选地，所述框架还包括挡板，所述挡板包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板、底板、第二挡板和顶板依次连接成腔体结构。
优选地，所述凸台为棱柱，棱柱之间平行设置，棱柱的一个侧面和底板的上表面紧贴，其余的侧面上贴封有LED芯片；所述贴封是用导热硅胶将LED芯片贴在凸台的上表面。
优选地，所述培养位为设置在底板上表面的圆柱体孔位。
优选地，所述LED芯片包括红LED灯珠和蓝LED灯珠，红LED灯珠和蓝LED灯珠在凸台的上表面相间排列，LED芯片用PWM调光模块进行驱动；在LED芯片外表面灌浇封装透明胶以提高LED的IP防护等级。
优选地，在顶板的下表面贴反光膜，用来反射LED芯片的光线；在凸台的内部贯穿有直热管，以提高LED芯片的散热能力。
优选地，所述每列凸台之间的间隔距离为（80~100）mm；顶板和底板的间隔距离为（350~450）mm。
优选地，所述每列凸台之间的间隔距离为90mm；顶板和底板的间隔距离为400mm。
优选地，相邻的LED芯片之间的间距为（8~12）mm。
优选地，相邻的LED芯片之间的间距为10mm。
优选地，所述棱柱为三棱柱，三棱柱包括第一侧面、第二侧面和第三侧面，其中第一侧面和底板的上表面紧贴，第二侧面和第三侧面对称，在第二侧面上封贴的LED芯片和第三侧面上封贴的LED芯片对称分布。
优选地，所述三棱柱为直棱柱，第二侧面和第三侧面之间的侧棱的长度为d1，所述侧棱和第一侧面之间的距离为d2，d1：d2为（0.2~0.3）。
优选地，所述三棱柱为直棱柱，第二侧面和第三侧面之间的侧棱的长度为d1，所述侧棱和第一侧面之间的距离为d2，d1：d2为0.25。
优选地，所述挡板的材料为金属、木质或者塑料。
本发明提供的一种高照明均匀度的植物培养架，把光源和种植位点放在同侧的，将红、蓝LED灯珠排列阵列光源安装在植物种植平面上凸台的侧面，并把植物上方设计成反射面，反射面起到增加混光距离的作用，混光距离的增加则提高了光线耦合程度，从而达到了高混光、混色均匀度的效果。借助Tracepro光学模拟软件模拟图4的光学结构，并以光量子通量密度的均匀性和混色均匀度来衡量光学结构的照明效果，使用Taguchi方法用以提高实验效率。Taguchi方法，是一种聚焦于最小化过程变异或使产品、过程对环境变异最不敏感的实验设计方法，能设计出环境多变条件下能够稳定和优化操作的高效方法，既保证了实验的准确性，又减少了实验组数。最后利用变异数分析（Analysis of Variance，ANOVA），计算出影响程度最大的水平因子，然后对该因子的水准进一步优化，找出最优解。最终得出底板即植物种植面的宽度为90mm，顶板和底板的间隔距离为400mm，所述凸台为直棱柱、第二侧面和第三侧面之间的侧棱的长度为d1、所述侧棱和第一侧面之间的距离为d2、d1：d2为0.25，相邻两LED的间距为10mm，锥形台上LED排列方式为红蓝相间对称分布时，照度和混色均匀度综合考虑最佳。最后用三棱柱对植物的生长进行简易模拟，测量了植物在不同高度时顶面和侧面的均匀度，得到该培养架可以在植物不同的生长期提供均匀的光照，保证植物的生长质量，有很好的利用前景。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果和优点：
（1）本发明提供的植物培养架将红LED灯珠、蓝LED灯珠排列阵列光源安装在植物种植平面上凸台的侧面，并把顶板设计成反射面，反射面起到增加混光距离的作用，混光距离的增加则提高了光线耦合程度；
（2）本发明使用Taguchi方法设计出的植物培养架，该培养架可以在植物不同的生长期提供均匀的光照，保证植物的生长质量，有很好的利用前景；
（3）本发明提供的植物培养架中的凸台内部有直热管贯穿，保证了其优异的导热性能。
附图说明
图1是本实施例提供的植物培养架的整体结构示意图；
图2是本实施例提供的植物培养架的部分结构示意图；
图3是本实施例提供的植物培养架的剖面图；
图4是本实施例提供的植物培养架的设计构架光路图；
图中1-LED芯片；2-圆柱体孔位；3-漫反射板；4-凸台；5-挡板。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施例公开了一种高均匀度的植物培养架，如图1至3所示，包括框架，所述框架包括底板和顶板，顶板设置于底板的上方，顶板和底板间隔并平行相对；底板的上表面设有8列凸台4，每列凸台4之间设置有种植植物的培养位；凸台4的上表面贴封有LED芯片1，相邻的LED芯片1之间用电线连接；顶板的下表面设置有漫反射板3，用来反射LED的光线。
所述框架还包括挡板5，所述挡板包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板、底板、第二挡板和顶板依次连接成腔体结构，所述腔体结构为铝金属材料。
所述凸台4为棱柱，棱柱之间平行设置，棱柱的一个侧面和底板的上表面紧贴，其余的侧面上贴封有LED芯片；所述贴封是用导热硅胶将LED芯片贴在凸台4的上表面。所述培养位为设置在底板上表面的圆柱体孔位2。
所述LED芯片1包括红LED灯珠和蓝LED灯珠，红LED灯珠和蓝LED灯珠在凸台4的上表面相间排列，LED芯片1用PWM调光模块进行驱动；为了避免水氧导致短路，在LED芯片1外表面灌浇封装透明胶以提高LED的IP防护等级。
如图4所示，所述漫反射板3通过反射由下方射来的光来增加光线传播路径从而增强光线耦合程度，以提高混光混色的均匀度；在凸台4的内部贯穿有直热管6，以提高LED芯片1的散热能力。所述每列凸台之间的间隔距离为90mm；顶板和底板的间隔距离为400mm。相邻的LED芯片1之间的间距为10mm。
所述棱柱为三棱柱，三棱柱包括第一侧面、第二侧面和第三侧面，其中第一侧面和底板的上表面紧贴，第二侧面和第三侧面对称，在第二侧面上封贴的LED芯片和第三侧面上封贴的LED芯片对称分布。所述三棱柱为直棱柱，第二侧面和第三侧面之间的侧棱的长度为d1，所述侧棱和第一侧面之间的距离为d2，d1：d2为0.25。
另外，不仅是光源模块部分，上述实施例均为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高均匀度的植物培养架，包括框架，其特征在于，所述框架包括底板和顶板，顶板设置于底板的上方，顶板和底板间隔并平行相对；底板的上表面设有若干列凸台，每列凸台之间设置有植物的培养位；凸台的上表面贴封有LED芯片，相邻的LED芯片之间用电线连接；顶板的下表面设置有漫反射板，用来反射LED芯片的光线。
2.根据权利要求1所述的高均匀度的植物培养架，其特征在于，所述框架还包括挡板，所述挡板包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板、底板、第二挡板和顶板依次连接成腔体结构。
3.根据权利要求1所述的高均匀度的植物培养架，其特征在于，所述凸台为棱柱，棱柱之间平行设置，棱柱的一个侧面和底板的上表面紧贴，其余的侧面上贴封有LED芯片；所述贴封是用导热硅胶将LED芯片贴在凸台的上表面。
4.根据权利要求1所述的高均匀度的植物培养架，其特征在于，所述培养位为设置在底板上表面的圆柱体孔位。
5.根据权利要求1所述的高均匀度的植物培养架，其特征在于，所述LED芯片包括红LED灯珠和蓝LED灯珠，红LED灯珠和蓝LED灯珠在凸台的上表面相间排列，LED芯片用PWM调光模块进行驱动；在LED芯片外表面灌浇封装透明胶以提高LED的IP防护等级。
6.根据权利要求1所述的高均匀度的植物培养架，其特征在于，在顶板的下表面贴反光膜，用来反射LED芯片的光线；在凸台的内部贯穿有直热管，以提高LED芯片的散热能力。
7.根据权利要求1所述的高均匀度的植物培养架，其特征在于，所述每列凸台之间的间隔距离为（80~100）mm；顶板和底板的间隔距离为（350~450）mm。
8.根据权利要求1所述的高均匀度的植物培养架，其特征在于，相邻的LED芯片之间的间距为（8~12）mm。
9.根据权利要求2所述的高均匀度的植物培养架，其特征在于，所述棱柱为三棱柱，三棱柱包括第一侧面、第二侧面和第三侧面，其中第一侧面和底板的上表面紧贴，第二侧面和第三侧面对称，在第二侧面上封贴的LED芯片和第三侧面上封贴的LED芯片对称分布。
10.根据权利要求9所述的高均匀度的植物培养架，其特征在于，所述三棱柱为直棱柱，第二侧面和第三侧面之间的侧棱的长度为d1，所述侧棱和第一侧面之间的距离为d2，d1：d2为（0.2~0.3）。
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