CN111710773A - 用于肉禽养殖的发光器件和光照装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于肉禽养殖的发光器件和光照装置，其包括第一发光光源以及包覆于所述第一发光光源上的波长转换介质层；所述第一发光光源采用蓝光半导体芯片，所述波长转换介质层为绿色荧光体和/或黄色荧光体。本发明的用于肉禽养殖的光照装置，其采用单原色半导体光源，即蓝光半导体芯片来实现，由此光的均匀性一致性好；并且克服了现有技术中通过蓝光和绿光半导体组合制作的混光灯具需要设计复杂的驱动电路结构的问题，并且成本较低，适合大规模推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种禽类的养殖照明系统，尤其涉及一种用于肉禽养殖的发光器件和光照装置。
背景技术
研究人员发现禽类的眼睛在视网膜上比人类多一种敏感区在425nm的视锥细胞，使禽眼能见到320～400nm的光，即能见到部分蓝紫光。这表示家禽对光的感受与人类不同,基于人类感官体验的光照制度并用于家禽养殖。禽类特殊的视觉系统决定了其对400～480nm及580～700nm范围内光照的敏感度优于人类，即特定光色条件下，禽类感受到的照度等级与人类存在差别。家禽和人对光的最敏感区都在545～575nm，但由于禽类有第4种视锥细胞。在400～470nm和580～700nm光谱区比人敏感。对于同样的光，禽感觉比人亮，亮的程度随光源的不同而不同。这种差别在生产上容易低估家禽对红光和蓝光的接受能力，使照度单位不能准确地表达禽舍的照明。
家禽的视网膜上有视杆细胞和视锥细胞两种视觉感光细胞。两种视觉细胞在不同光照环境下起作用，视杆细胞不能够区分颜色，但对弱光较为敏感(<0.4Lux)，而视锥细胞能够区分颜色，并能在强光下起作用。禽类具有第4种视锥细胞，其敏感峰值出现在415nm，使其对于光照更加敏感。特殊的生理结构决定了光照环境在肉禽生产中的重要性，通过不同的作用机制直接或间接地影响肉禽的生长发育、生产性能及行为活动。
家禽体内具有光感受作用部位主要位于视网膜、下丘脑和松果体，环境光信号能穿透颅骨直接作用于家禽松果体和下丘脑内的感光色素蛋白-黑视蛋白，进而引起家禽机体的光感受作用。黑暗环境中，光照不仅能直接抑制松果体内褪黑素的生物合成，而且还能通过影响松果体内褪黑素生物合成的昼夜节律振荡器的相位变化来间接调控褪黑素的合成。
但是现有技术中的光照方法和光照装置，例如用于肉鸡养殖的LED光谱可调装置及光照调制方法(ZL201410336473.9)中公开了黄光加白光的调制方案，其使用24颗LED灯珠A和12颗LED灯珠B实现。
但是这种照明系统存在以下缺陷：
1.采用多个不同原色LED器件所组成的光照系统中，光的均匀性不一致，对于禽群的样子会有较大的影响，家禽的心脏很小，光的不均匀性或者突然变化导致家禽产生不安全感，甚至因惊吓而死亡。
2.不同颜色LED器件，其工作电压和工作电流不一样，基于不同颜色的LED灯所需要的驱动器也不同，使得照明系统的控制电路结构复杂，而且不同原色LED器件的成本完全不一样，成本高不适宜大规模推广使用。此外，当这种光照装置中产生个别LED发生损坏时，会造成不同颜色的光的比例失衡，进一步会导致肉禽的惊群，甚至会导致鸡的死亡。
发明内容
本发明目的是提供一种用于肉禽养殖的光照装置和方法，其至少解决了上述技术问题中的至少一个。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种用于肉禽养殖的发光器件，其包括第一发光光源以及包覆于所述第一发光光源上的波长转换介质层；
所述第一发光光源采用蓝光半导体芯片，所述波长转换介质层为绿色荧光体和/或黄色荧光体。
所述用于肉禽养殖的光照装置所发出的光谱分布中，420nm以上且小于490nm的波长范围中的辐射能量相对于500nm以上且小于600nm的波长范围中的辐射能量之比为15％以上，且在95％以下。
可选的，所述蓝光半导体芯片发出波长范围420～490nm的光，其半峰宽±20nm。
可选的，当所述波长转换介质层中发光材料包括绿色荧光体时，在发光器件的发射光谱区域中，500nm以上且小于570nm的波长范围中的光谱功率相对于420nm以上且小于730nm的波长范围中的光谱功率之比为30％以上，且在90％以下。
可选的，当所述波长转换介质层中发光材料包括黄色荧光体时，在发光器件的发射光谱区域中，570nm以上且小于600nm的波长范围中的光谱功率相对于420nm以上且小于730nm的波长范围中的光谱功率之比为30％以上，且在90％以下。
可选的，所述黄色荧光体包含含有Li作为金属成分的α-型SiAlON荧光体、含有Ca作为金属成分的的α-型SiAlON(Ca-α-SiAlON:Eu)荧光体、Eu或Ce激活的氮化硅荧光体；所述黄色荧光体被第一发发光光源所激发，而发射中心波长在570nm～590nm波段内的光。
可选的，所述的用于肉禽养殖的发光器件还包括与所述第一发光光源串联连接和/或并联连接的第二发光光源，所述第二发光光源采用发出330～420nm的蓝紫光的蓝紫光半导体光源。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种用于肉禽养殖的光照装置，其包括上述的用于肉禽养殖的发光器件，并且还包括：控制装置，所述控制装置与发光器件电耦合，以操作所述用于肉禽养殖的发光器件的发光特性。
控制工作电路，所述控制工作电路包括闪烁消除单元。
可选的，所述的用于肉禽养殖的光照装置还包括存储装置，所述存储装置内储存有肉禽生长曲线调节参数表信号发送给所述控制装置，所述控制装置根据肉禽生长曲线调节参数表，以脉宽调制的信号，对第一发光光源进行调节；
所述肉禽生长曲线调节参数表包括肉禽养殖阶段和相应的光谱辐射通量。
可选的，所述控制装置还用于控制第一发光光源和第二发光光源的开启或者关闭，并且当所述第一发光光源和第二发光光源处于开启状态时，所述控制装置还能够控制第一发光光源和第二发光光源的所发射的光谱辐射通量。
可选的，所述控制装置控制第一发光光源和/或第二发光光源的电流，以调整第一发光光源和/或第二发光光源所发射的光谱辐射通量。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种肉禽养殖装置或养殖舍，其包括上述的发光器件，或者上述的光照装置。
本发明具有如下有益效果：本发明的用于肉禽养殖的光照装置，其采用单元色光源，即蓝光半导体芯片来实现，由此光的均匀性一致性好；而且在驱动方面，仅需要设计一个驱动器，驱动器电路结构简单，并且成本较低，适合大规模推广；即使坏了一个光源，也不会造成光的比例失衡。
附图说明
图1为本发明的用于肉禽养殖的光照装置的结构示意图；
图中标记示意为：1-第一发光光源；2-第二发光光源；3-波长转换介质层。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种用于肉禽养殖的发光器件，其包括第一发光光源以及包覆于所述第一发光光源上的波长转换介质层。
本实施例中，所述第一发光光源可以是任何类型的基于半导体的光源，比如发光二极管(LED)、高功率LED、有机LED(OLED)、无机EL和激光二极管LED；优选地，LED可以是任何类型的LED，比如倒装半导体芯片类型(薄膜倒装半导体芯片)、图案化的蓝宝石衬底等类型。
所述第一发光光源采用蓝光半导体芯片，所述蓝光半导体芯片可以是半导体激光等半导体发光元件、或有机EL(Electro Luminescence：电致发光)等的EL元件等固体发光元件。LED可以指代封装的LED、未封装的LED、表面安装LED、板上半导体芯片LED、T封装安装LED、径向封装LED、功率封装LED、包括一些类型的包装物和/或光学元件(例如，漫射透镜)的LED等。
该蓝光半导体芯片发出波长范围420～490nm的光，其半峰宽±20nm；此时所述包覆于蓝光半导体芯片上的波长转换介质层包括绿色荧光体；当蓝光半导体芯片激发绿色荧光体时，能够发出500～570nm的绿色光；即，所述波长转换介质层将第一发光光源所发射的光转化为500～570nm的绿色光，优选地，所述绿色光的波长在545～565nm之间。
而且，所述用于肉禽养殖的发光器件所发出的光中，420nm以上且小于490nm的波长范围中的辐射能量相对于500nm以上且小于570nm的波长范围中的辐射能量之比为15％以上，且在95％以下。
所述绿色荧光体包括LuAG、YAG、氮化物以及硅酸盐系列荧光体中的至少一种，例如可以选择钇铝石榴石荧光体(YAG荧光体)、镥铝石榴石荧光体、铽铝石榴石荧光体以及将它们的部分组成置换后的石榴石荧光体等的氧化物荧光体、Ca8MgSi4O16Cl2：Eu这样的氯硅酸盐类荧光体等硅酸盐类氧化物荧光体、(Si、Al)6(O、N)8：Eu这样的氧氮化物荧光体、含有由Ce活化的稀土铝酸盐，(Y，Lu，Gd)3(Al，Ga)5O12：Ce、二价Mn激活氮氧化物荧光体等；优选使用(Y，Lu)3(Al，Ga)5O12:Ce、CaSc2O4:Ce、Ca3(Sc，Mg)2Si3O12:Ce、(Sr，Ba)2SiO4:Eu(BSS)、(Si，Al)6(O，N)8:Eu(β-塞隆)、(Ba，Sr)3Si6O12N2:Eu(BSON)、SrGa2S4:Eu、BaMgAl10O17:Eu，Mn、(Ba，Sr，Ca，Mg)Si2O2N2:Eu。其中，更优选使用BSS、β-塞隆、BSON、SrGa2S4:Eu、BaMgAl10O17:Eu，Mn。
所述用于肉禽养殖的发光器件对肉禽所处于的区域实现均匀照射，此时禽视觉器官或者视网膜外下丘脑处空间光谱均匀性UG/B(指LED器件发出的不同颜色光谱在一个平面上的均匀性)应不低于80％；所述用于肉禽养殖的发光器件辐射到肉禽视觉器官或者视网膜外下丘脑处的光照强度(光子通量)变化范围在15-200lux之间，随着家禽的品种不同，家禽个体的大小不同，光照强度也不相同。
本实施例中，所述波长转换介质层还包括(混杂)有黄色荧光体，所述黄色荧光体被激发后，转化发出570～600nm的黄光。当所述波长介质转换层包括黄色荧光体和绿色荧光体时，所述用于肉禽养殖的发光器件所发出的光中，420nm以上且小于490nm的波长范围中的辐射能量占总能量的5％～40％之间，500nm以上且小于570nm的波长范围中的辐射能量占总能量的30％～70％之间。
此时，所述黄色荧光体可以选择Eu活化的Li作为金属成分的α-SiAlON的荧光体，或者含有Eu活化的Ca作为金属成分的α-型SiAlON(Ca-α-SiAlON:Eu)荧光体，所述黄色荧光体发射在荧光谱中峰值波长为580nm至595nm的光。
所述黄色荧光体可以为Eu或Ce激活氮化硅荧光体，上述Ce激活荧光体是在具有下述组成的结晶中固溶了Ce和氧的固溶体结晶，该组成为：cCaAlSiN3·(1-c)LiSi2N3，其中，0.2≤c≤0.8；所述黄色荧光体还可以选择自包含Lu3Al5O12:Ce、SrSi2O2N2；所述黄色荧光体被第一发发光光源所激发，而发射中心波长在550nm～590nm波段内的光；570nm以上且小于600nm的波长范围中的辐射能量占总能量的之比为30％以上，且在90％以下。
当然，所述黄色荧光体也可以选择发光峰在570nm以上且小于600nm的量子点材料。
所述量子点包含硅类纳米晶体、ⅡB-VIA族化合物半导体纳米晶体、ⅢA-VA族化合物半导体纳米晶体、VA-VIA族化合物纳米晶体和上述各种纳米晶体的混合物中的一种，其所属量子点发光材料在蓝光半导体芯片激发后发射500nm以上且小于570nm的绿光或者570nm以上且小于600nm的波长范围中的黄光。
所述ⅡB-VIA族化合物半导体纳米晶体包含从由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe和ZnSTe组成的组中选择的一种。
其中，所述ⅢA-VA族化合物半导体纳米晶体包含从由GaN、GaP,GaAs、AlN、AlP,AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GainNP、GainNAs、GainPAs、InAlNP、InAlNAs和InAlPAs组成的组中选择的一种。
所述用于肉禽养殖的发光器件还包括与所述第一发光光源串联连接和/或并联连接的第二发光光源，所述第二发光光源可以采用发出340～400nm的紫外光的紫外光半导体芯片，或者发出330～420nm的蓝紫光的蓝紫光半导体芯片，此时，所述波长转换介质层还包括蓝色荧光体，以将部分紫外光转换为蓝光，以通过所述第二发光光源对肉禽的生长环境进行致病微生物灭活，同时刺激肉禽维生素D的吸收，增强免疫能力。
所述肉禽包括雉科和鸭科动物，如鸡、鸭、鹅等，和其他科的鸟类如野鸡，火鸡、鸽、鹌鹑，鸵鸟和各种鸣禽。
本发明的用于肉禽养殖的发光器件，其采用单元色光源，即蓝光半导体芯片来实现，由此光的均匀性一致性好；而且在驱动方面，仅需要设计一个驱动器，驱动器结构复杂，并且成本较低，适合大规模推广；尤其是，即使坏了一个光源，也不会造成光的比例失衡。
实施例2
本实施例提供了一种用于肉禽养殖的发光器件，其与实施例1的不同之处在于，所述包覆于蓝光半导体芯片上的波长转换介质层包括黄色荧光体，所述黄色荧光体被激发后，转化发出570～600nm的黄光。
其中，在光谱区域中，570nm以上且小于600nm的波长范围中的功率相对于420nm以上且小于730nm的波长范围中的功率之比为30％以上，且在90％以下。
所述黄色荧光体可以选择：Eu活化的Li固溶的α-SiAlON的荧光体，选择Eu活化的Li作为金属成分的α-SiAlON的荧光体，或者含有Eu活化的Ca作为金属成分的α-型SiAlON(Ca-α-SiAlON:Eu)荧光体。
所述黄色荧光体可以为Ce激活荧光体，上述Ce激活荧光体是在具有下述组成的结晶中固溶了Ce和氧的固溶体结晶，该组成为：cCaAlSiN3·(1-c)LiSi2N3，其中，0.2≤c≤0.8。所述黄色荧光体还可以选择自包含Lu3Al5O12:Ce、SrSi2O2N2。所述黄色荧光体发射在荧光谱中峰值波长为580nm至595nm的光。
当然，所述黄色荧光体也可以选择发光峰在570nm以上且小于600nm的量子点材料。
所述用于肉禽养殖的发光器件还包括与所述第一发光光源串联连接和/或并联连接的第二发光光源，所述第二发光光源可以采用发出340～400nm的紫外光的紫外光半导体芯片，或者发出330～420nm的蓝紫光的蓝紫光半导体芯片，此时，所述波长转换介质层还包括蓝色荧光体，以将部分紫外光转换为蓝光，以通过所述第二发光光源对肉禽的生长环境进行致病微生物灭活，同时刺激肉禽维生素D的吸收，增强免疫能力。
所述肉禽包括雉科和鸭科动物，如鸡、鸭、鹅等，和其他科的鸟类如野鸡，火鸡、鸽、鹌鹑，鸵鸟和各种鸣禽。
实施例3
本实施例提供了一种用于肉禽养殖的光照装置，其包括实施例1和实施例2所述的用于肉禽养殖的发光器件，并且还包括控制装置，所述控制装置与发光器件电耦合，以操作所述用于肉禽养殖的发光器件的发光特性。
具体地，所述控制装置控制第一发光光源的电流，以调整第一发光光源的所发射的光谱辐射通量；优选地，所述控制装置可以为远程控制装置。
优选地，所述用于肉禽养殖的光照装置还包括存储装置，其内部预存有肉禽生长曲线调节参数表，所述控制装置根据肉禽生长曲线调节参数表，以脉宽调制(PWM)的方式，对第一发光光源进行调节；并且随着肉禽的生长天数的增加，所述光照装置的辐射强度逐渐增加。
所述控制装置可以采用即单片机，通过多路I/O口线分别驱动MOS管来驱动LED灯管，通过对单片机芯片进行编程，通过PWM输出调节占空比，实现对灯管光强的调节。
在所述控制装置对发光器件进行调节的过程中，根据肉禽在不同生长阶段对不同光质的需求设置时钟信号和主控芯片中的参数，在育雏期肉禽生长的第0-2天内，通过脉宽调制(PWM)输出调节占空比的调节保持每天24小时的光源辐射通量为20LUX的全天照明，MEGA8L主控芯片的内部存储器EEPROM中设置恒定的参数，持续恒定的输出信号驱动MOS管，通过时钟设置驱动时间周期为48小时和连续的时钟脉冲信号，保证驱动时间。
在育雏期中，肉禽生长的第3-14天，在0:00～21:59的时间段内还通过PWM输出调节占空比的调节保持光源辐射通量15LUX，在22:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔。
育成期中，肉禽生长的第15-42天，在0:00～21:59的时间段内通过PWM输出调节占空比的调节保持绿色光强度5LUX，在22:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔。
其中，养殖时期、LED辐射通量与照明时间的对应关系见表1。
表1：养殖时期、LED辐射通量与照明时间的对应关系
而且，当所述用于肉禽养殖的发光器件包括第二发光光源时，所述控制装置还用于控制第一发光光源和第二发光光源的开启或者关闭，并且当所述第一发光光源和第二发光光源处于开启状态时，所述控制装置还能够控制第一发光光源和第二发光光源的所发射的光谱辐射通量。
尤其是，所述控制装置根据外部环境对第一发光光源和第二发光光源的工作时间进行控制，例如当春冬季和夏秋季时，可以设定不同的第一发光光源和第二发光光源的工作时长。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种用于肉禽养殖的发光器件，其特征在于，包括第一发光光源以及包覆于所述第一发光光源上的波长转换介质层；
所述第一发光光源采用蓝光半导体芯片，所述波长转换介质层为绿色荧光体和/或黄色荧光体。
所述用于肉禽养殖的光照装置所发出的光谱分布中，420nm以上且小于490nm的波长范围中的辐射能量相对于500nm以上且小于600nm的波长范围中的辐射能量之比为15％以上，且在95％以下。
2.根据权利要求1所述的用于肉禽养殖的发光器件，其特征在于，所述蓝光半导体芯片发出波长范围420～490nm的光，其半峰宽±20nm。
3.根据权利要求1或2所述的用于肉禽养殖的发光器件，其特征在于，当所述波长转换介质层中发光材料包括绿色荧光体时，在发光器件的发射光谱区域中，500nm以上且小于570nm的波长范围中的光谱功率相对于420nm以上且小于730nm的波长范围中的光谱功率之比为30％以上，且在90％以下。
4.根据权利要求1或2所述的用于肉禽养殖的发光器件，其特征在于，当所述波长转换介质层中发光材料包括黄色荧光体时，在发光器件的发射光谱区域中，570nm以上且小于600nm的波长范围中的光谱功率相对于420nm以上且小于730nm的波长范围中的光谱功率之比为30％以上，且在90％以下。
5.根据权利要求1所述的用于肉禽养殖的发光器件，其特征在于，所述黄色荧光体包含含有Li作为金属成分的α-型SiAlON荧光体、含有Ca作为金属成分的的α-型SiAlON(Ca-α-SiAlON:Eu)荧光体、Eu或Ce激活的氮化硅荧光体；所述黄色荧光体被第一发发光光源所激发，而发射中心波长在570nm～590nm波段内的光。
6.根据权利要求1所述的用于肉禽养殖的发光器件，其特征在于，还包括与所述第一发光光源串联连接和/或并联连接的第二发光光源，所述第二发光光源采用发出330～420nm的蓝紫光的蓝紫光半导体光源。
7.一种用于肉禽养殖的光照装置，其特征在于，包括权利要求1-6之一所述的用于肉禽养殖的发光器件，并且还包括：控制装置，所述控制装置与发光器件电耦合，以操作所述用于肉禽养殖的发光器件的发光特性。
控制工作电路，所述控制工作电路包括闪烁消除单元。
8.根据权利要求7所述的用于肉禽养殖的光照装置，其特征在于，还包括存储装置，所述存储装置内储存有肉禽生长曲线调节参数表信号发送给所述控制装置，所述控制装置根据肉禽生长曲线调节参数表，以脉宽调制的信号，对第一发光光源进行调节；
所述肉禽生长曲线调节参数表包括肉禽养殖阶段和相应的光谱辐射通量。
9.根据权利要求8所述的用于肉禽养殖的光照装置，其特征在于，所述控制装置还用于控制第一发光光源和第二发光光源的开启或者关闭，并且当所述第一发光光源和第二发光光源处于开启状态时，所述控制装置还能够控制第一发光光源和第二发光光源的所发射的光谱辐射通量。
10.根据权利要求8所述的用于肉禽养殖的光照装置，其特征在于，所述控制装置控制第一发光光源和/或第二发光光源的电流，以调整第一发光光源和/或第二发光光源所发射的光谱辐射通量。
11.一种肉禽养殖装置或养殖舍，其特征在于，包括权利要求1-6所述的发光器件，或者权利要求7-10所述的光照装置。
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