CN111739994A - 用于蛋禽和种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蛋禽和种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红色荧光体。本发明的用于蛋禽和种禽养殖的光照装置，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红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

用于蛋禽和种禽养殖的发光器件和光照装置
技术领域
本发明涉及一种禽类的养殖照明系统，尤其涉及一种用于蛋禽和种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蛋禽和种禽生产中的重要性，通过不同的作用机制直接或间接地影响蛋禽和种禽的生长发育、生产性能及行为活动。
红光能促进性腺发育,增强卵巢活动,提高开产日龄和产蛋量,且红光不是通过视网膜,而是通过刺激下丘脑和松果体,进而通过下丘脑-垂体-性腺轴来调节家禽的繁殖活动。家禽下丘脑对不同波长光的敏感性是不同的，下丘脑内的光受体对蓝光和绿光的刺激比红光敏感。由于家禽血红蛋白和羽毛黑色素对光波的吸收，致使不同的光波长穿过颅骨到达下丘脑的效率不同，长波长光的穿透率(>650nm)是短波长光(400～450nm)的数十倍甚至上百倍，且不同家禽种类其长波光穿透效率不同，例如鸡长波光穿透率是短波光的20倍，鸭是36倍，鹌鹑是80～200倍，鸽是100～1000倍。当外部光照度只有0.015lux时，红光就可以有效的诱导光周期效应；当光照度是0.44lux时，红光和橙光同样有效；而黄光、绿光和蓝光的光照度只有达到很高时，才能诱导产生光周期效应。
但是现有技术中的光照方法和光照装置，例如蛋鸡和种鸡规模养殖特种LED灯照明方法与系统(ZL201510475049.7)，其设置了LED灯A和LED灯B，其中，所述的LED灯A的主波长584.0nm，所述的LED灯B主要由白色灯珠与红色灯珠混合而成。
但是这种照明系统存在以下缺陷：
1.采用多个不同原色LED器件所制作的家禽光照系统中，光的均匀性不一致，并且不同的原色LED器件工作电压不同，容易发生坏灯。这对于家禽的养殖会有较大的影响，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，进一步会导致蛋禽和种禽的惊群，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。
3.红光发光效率较低，达到家禽所需的光照强度需要较大功率的LED灯具，LED灯具产生热量较多，需要快速散热，对于灯具的散热性能和运行成本提出较高的要求。
发明内容
本发明目的是提供一种用于蛋禽和种禽养殖的发光器件和光照装置，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：一种用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，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红色荧光体和/或远红色荧光体。
所述用于蛋禽和种禽养殖的发光器件所发出的光谱分布中，在将420～730nm的波长范围的总积分值设为100％时，其中600nm～730nm的波长范围的积分值的比例为40％以上且在90％以下；且650nm～730nm的波长范围的积分值的比例为不超过总光谱积分值的30％。
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，所述红色荧光体选自Mn4+活化氟化物络合物荧光体、Mn4+活化锗酸盐荧光体、及Eu2+活化碱土金属硅氮化物荧光体、Eu2+活化而成的氮化物荧光体硫化物系荧光体、Eu(二苯甲酰基甲烷)3·1，10-菲罗啉配合物等β-二酮系Eu配合物荧光体、羧酸系Eu配合物荧光体、含有包含Ln系元素(Ce)和A元素(Al、Ga和In中的至少一种)、和Ce、Cr等的铝酸盐远红色荧光体、和量子点荧光体中的一种或多种。
可选的，所述用于蛋禽和种禽养殖的光照装置所发出的光的色温为1500K以上且4000K以下。
可选的，所述波长转换介质层还包括将所述蓝光的转化为的半高宽为大于等于40nm黄色荧光体和/或绿色荧光体中的至少一种。
可选的，所述的用于蛋禽和种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：一种用于蛋禽和种禽养殖的光照装置，其包括上述的用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，并且还包括：
控制工作电路，所述控制工作电路包括闪烁消除单元，
所述控制装置通过控制工作电路与发光器件电耦合，以操作所述用于蛋禽和种禽养殖的发光器件的发光特性。
可选的，所述的用于蛋禽和种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蛋禽和种禽生长曲线调节参数表信号发送给所述控制装置，所述控制装置根据蛋禽和种禽生长曲线调节参数表，以脉宽调制(PWM)的电流信号，对第一发光光源的光谱辐射通量进行调节；
所述蛋禽和种禽生长曲线调节参数表包括蛋禽和种禽养殖阶段和相应的光谱辐射通量；
所述光照装置辐射的光谱均匀性UR/B应不低于80％。
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：一种蛋禽和种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：本发明的用于蛋禽和种禽养殖的光照装置，其采用单元色光源，即蓝光半导体芯片激发荧光体来实现，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为本发明的用于蛋禽和种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蛋禽和种禽养殖的发光器件，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红色荧光体，当蓝光半导体芯片激发红色荧光体时，能够发出600～650nm的红色光；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600～650nm的红色光(含650nm)。
而且，所述波长转换介质层包括远红色荧光体，当蓝光半导体芯片激发红色荧光体时，能够发出650-730nm的远红色光(不含650nm)。
当然，所述波长转换介质层可以包括红色荧光体和远红色荧光体的混合物。
而且，在所述发光器件的光谱分布中，在将420-730nm的波长范围的总积分值设为100％时，600nm～730nm的波长范围的积分值的比例为40％以上且在90％以下，650nm～730nm的波长范围的积分值的比例为不超过总光谱积分值的30％，而且该发光器件所发射的光的色温为1500K以上且4000K以下。
并由此使得禽视觉器官或者视网膜外下丘脑处空间光谱均匀性UR/B应不低于80％。
所述红色荧光体选自红色荧光体的Mn4+活化氟化物络合物荧光体、Mn4+活化锗酸盐荧光体、及Eu2+活化碱土金属硅氮化物荧光体、Eu2+活化而成的氮化物荧光体((Sr，Ca)AlSiN3：Eu(SCASN荧光体)、CaAlSi(ON)3：Eu(CASON荧光体)、或CaAlSiN3：Eu(CASN荧光体))、硫化物系荧光体、Eu(二苯甲酰基甲烷)3·1，10-菲罗啉配合物等β-二酮系Eu配合物荧光体、羧酸系Eu配合物荧光体、含有包含Ln系元素(Ce)和A元素(Al、Ga和In中的至少一种)、和Ce、Cr等的铝酸盐远红色荧光体、和量子点荧光体中的一种或多种。作为一种优选，其可以具体为K2SiF6:Mn(KSF)。
所述红色荧光体还可以选择深红色的荧光的红色荧光体，例如MGF荧光体，所述MGF荧光体的发光波长的峰为比KSF荧光体更长波长侧的650nm以上、由NH4 +活化了的荧光体。以3.5MgO·0.5MgF2·GeO2：Mn4+表示。MGF荧光体的半值宽度为15nm以上且35nm以下。
所述氮化物红色荧光体基荧光体，可以表示为组成式或化学式SrAlSiN3或CaAlSiN3。红色荧光体可以包括具有在组成式为(Sr、Ca)AlSiN3、(Sr、Mg)AlSiN3、(Ca、Mg)AlSiN3和(Sr、Ca、Ba)AlSiN3的材料当中的多个碱土金属元素的组合物。
所述红色荧光体还可以选择远红色荧光体，此时所述远红色荧光体中的至少一种是(Ln1－xCrx)3M5O12(Ln是选自Y、La、Gd、Lu中的至少一种元素，M是选自Al、Ga、In中的至少一种元素，x是满足0.005≦x≦0.2的数。
所述红色荧光体还可以为包含由通式(A)：(M1)2((M2)1-hMnh)F6所表示的4价的锰激活氟化4价金属盐荧光体的至少1个，其中在所述通式(A)中，(M1)表示Li、Na、K、Rb以及Cs中的至少1个碱金属元素，(M2)表示Ge、Si、Sn、Ti以及Zr中的至少1个4价的金属元素，h满足0.001≤h≤0.1
所述红色荧光体还可以为包含：具有3.5MgO·0.5MgF2·GeO2：Mn、(Ca，Sr)S：(Eu，Ce，K)、M2Si5N8：Eu的成分的红色荧光体当中的至少一种，其中M2Si5N8：Eu中的M是从Ca、Sr、Ba中选择的至少一种元素。
所述用于蛋禽和种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蛋禽和种禽的生长环境进行致病微生物灭活，同时刺激蛋禽和种禽维生素D的吸收，增强免疫能力。
所述蛋禽和种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。
本发明的用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，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蛋禽和种禽养殖的发光器件，其与实施例1的不同之处在于，所述第一发光光源和第二发光光源均为发出330～420nm的蓝紫光的蓝紫光半导体芯片，并使得禽视觉器官或者视网膜外下丘脑处空间光谱均匀性UR/B应不低于80％。
在所述用于蛋禽和种禽养殖的发光器件所发射的光谱分布中，在将420-730nm的波长范围的积分值设为100％时，600nm～730nm的波长范围的积分值的比例为40％以上且在90％以下。
在将330-730nm的波长范围的积分值设为100％时，330nm～420nm的波长范围的积分值的比例为1％以上且在10％以下。红光和远红光占总光照强度的50％-95％之间，其余波段的光照强度占总光照强度的4％-50％之间。
所述蛋禽和种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蛋禽和种禽养殖的光照装置，其包括实施例1和实施例2所述的用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，并且还包括控制工作电路和控制装置，所述控制装置通过控制工作电路与发光器件电耦合，以操作所述用于蛋禽和种禽养殖的发光器件的发光特性，其中，所述控制工作电路包括闪烁消除单元。
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，所述用于蛋禽和种禽养殖的光照装置还包括存储装置，其内部预存有蛋禽和种禽生长曲线调节参数表，所述控制装置根据蛋禽和种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；并且随着蛋禽和种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，根据蛋禽和种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，在育雏期蛋禽和种禽生长的第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。
育雏期：1-2两天连续光照，10lux；3-21天，光照时间为每天15h、5lux；22-56天，光照时间为每天8-12h,10-20lux；育成期：57-126天，光照时间为每天8-12h,10-20lux；产蛋期：127天开始光照时间为至少13小时光照10-20lux，每7天或每14天增加15min直至达到17h光照时间。
上述光照时间和光照强度可根据饲养的蛋鸡品种和可以根据当地的日出及日落时间表准确地设计个别程序。
而且，当所述用于蛋禽和种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)

1.一种用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，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红色荧光体和/或远红色荧光体。
所述用于蛋禽和种禽养殖的发光器件所发出的光谱分布中，在将420～730nm的波长范围的总积分值设为100％时，其中600nm～730nm的波长范围的积分值的比例为40％以上且在90％以下；且650nm～730nm的波长范围的积分值的比例为不超过总光谱积分值的30％。
2.根据权利要求1所述的用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，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所述的用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，其特征在于，所述红色荧光体选自Mn4+活化氟化物络合物荧光体、Mn4+活化锗酸盐荧光体、及Eu2+活化碱土金属硅氮化物荧光体、Eu2+活化而成的氮化物荧光体硫化物系荧光体、Eu(二苯甲酰基甲烷)3·1，10-菲罗啉配合物等β-二酮系Eu配合物荧光体、羧酸系Eu配合物荧光体、含有包含Ln系元素(Ce)和A元素(Al、Ga和In中的至少一种)、和Ce、Cr等的铝酸盐远红色荧光体、和量子点荧光体中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，其特征在于，所述用于蛋禽和种禽养殖的光照装置所发出的光的色温为1500K以上且4000K以下。
5.根据权利要求1所述的用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，其特征在于，所述波长转换介质层还包括将所述蓝光的转化为的半高宽为大于等于40nm黄色荧光体和/或绿色荧光体中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，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。
7.一种用于蛋禽和种禽养殖的光照装置，其特征在于，包括权利要求1-6之一所述的用于蛋禽和种禽养殖的发光器件，并且还包括：
控制工作电路，所述控制工作电路包括闪烁消除单元，
所述控制装置通过控制工作电路与发光器件电耦合，以操作所述用于蛋禽和种禽养殖的发光器件的发光特性。
8.根据权利要求7所述的用于蛋禽和种禽养殖的光照装置，其特征在于，还包括存储装置，所述存储装置内储存有蛋禽和种禽生长曲线调节参数表信号发送给所述控制装置，所述控制装置根据蛋禽和种禽生长曲线调节参数表，以脉宽调制(PWM)的电流信号，对第一发光光源的光谱辐射通量进行调节；
所述蛋禽和种禽生长曲线调节参数表包括蛋禽和种禽养殖阶段和相应的光谱辐射通量；
所述光照装置辐射的光谱均匀性UR/B应不低于80％。
9.根据权利要求8所述的用于蛋禽和种禽养殖的光照装置，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所述的用于蛋禽和种禽养殖的光照装置，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。
11.一种蛋禽和种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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