CN112709958A - 一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置及使用方法 - Google Patents

一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置及使用方法，光线感应器设置有边坡上；在边坡的上侧和下侧分别固定有机械臂底座，机械臂底座上安装有机械臂，机械臂的顶端安装有太阳能电池板，太阳能电池板之间支撑安装有偏光片或透光膜，透光膜的内侧壁上设置有灯管。自然光经过偏光片削弱光照强度并反馈到光线感应器，光线感应器再次控制机械臂旋转偏光片角度调节光照强度，直至光线感应器捕捉的光照强度达到培育植被所需的光强为止，同时太阳能电池板进行储能。

Description

一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置及使 用方法
技术领域
本发明涉及一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置及使用方法，属于岩土工程技术领域。
背景技术
近年来，随着大规模的工程建设和矿山开采，形成了大量无法恢复植被的岩土边坡，这些边坡在遭遇强降雨后水土流失十分严重，而传统的边坡工程加固措施，大多采用砌石挡墙及喷射混凝土等护坡结构，只能保护水土流失，无法对生态环境起到保护和改善作用。随着人们环境意识及经济实力的增强，生态护坡技术逐渐应用到工程建设中。但部分护坡植被的培育及生长条件较为苛刻，对光照强度的需求较为严格，人为光照的成本高且对电能消耗极大，而利用自然光照又难以保持光照强度恒定。因此，若能设计出能够感应自然光照强度并自动对其进行调节的装置，使护坡植被始终处于其最适宜的光照环境中，则能让护坡植物快速生长，缩短生态护坡工程的周期，从而为城市建设提供便利。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置。本发明利用光线感应器、太阳能储能以及偏振光技术，通过光线感应器感知光照强度，当自然光照强度大于培育植物生长所需光照强度时，在该装置的机械臂上分别安装偏光片和太阳能电池板，光线感应器将光信号转换为电信号，并控制机械臂分别升起偏光片和太阳能电池板，自然光经过偏光片削弱光照强度并反馈到光线感应器，光线感应器再次控制机械臂旋转偏光片角度调节光照强度，直至光线感应器捕捉的光照强度达到培育植被所需的光强为止，同时太阳能电池板进行储能。当自然光照强度小于培育植物生长所需光照强度时，拆下偏光片换为透光膜，并在透光膜上安装灯管，将灯管电路与太阳能电池板相连，从而通过所储存的电能进行补光，使光照强度达到培育植物生长所需光照强度。最终使植物始终处于其最适宜的光照环境下。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置，它包括光线感应器，所述光线感应器设置有边坡上；在边坡的上侧和下侧分别固定有机械臂底座，所述机械臂底座上安装有机械臂，所述机械臂的顶端安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板之间支撑安装有偏光片或透光膜，所述透光膜的内侧壁上设置有灯管。
所述光线感应器通过感应投射在其自身的光照强度，转为电信号并传输至计算机系统，再由计算机系统发出指令控制机械臂进行旋转改变偏光片的叠合角度从而调节投射至光线感应器上的光照强度。
所述机械臂底座包括基座，所述基座的中心部位设置有凹槽，所述凹槽的内部安装有转台，所述机械臂支撑固定在转台的顶部，并通过电路控制转台旋转从而带动机械臂旋转。
所述偏光片和透光膜采用可拆卸方式安装在机械臂上，具体根据自然光照强度与植被所需光照强度的大小关系安装，具体为：自然光照强度>植被所需光照强度，安装偏光片；自然光照强度<植被所需光照强度，安装透光膜。
所述灯管固定在透光膜上，其电路与太阳能电池板相连，由太阳能电池板所储存的电能向其供电。
所述太阳能电池板根据光照强度执行不同功能，自然光照强度>植被所需光照强度时，展开并储能；自然光照强度<植被所需光照强度时，收起并供电。
利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置的使用方法，它包括以下步骤：
Step1：在边坡坡面布置光线感应器，设置培育植物所需的最佳光照强度值，并安装两端的机械臂；
Step2：当光线感应器感知的光照强度高于植物所需光照强度时，在两端的机械臂上分别安装偏光片及太阳能电池板，并连接好相关电线线路；
Step3：启动装置，升起机械臂，展开偏光片及太阳能电池板，注意两机械臂升起高度应略有差异，使偏光片的位置呈上下错位叠合式，此时展开的电池板开始储能；
Step4：上下叠合的偏光片对光线的偏振作用使得投射到坡面及光线感应器的光照强度得到弱化，光线感应器将其数据传输至计算机系统；所述叠合的偏光片对光线的弱化效果遵循马吕斯公式：穿过第一片偏光片的光强为I/2，穿过第二片偏光片的光强I=I 0 · cos 2 α，I 0 为入射光照强度，I为出射光照强度，α为两偏光片的叠合角度；
Step5：计算机系统根据所接收的数据，自动控制用于固定下层偏光片的机械臂跟随机械臂底座的转台部分一起旋转，增大偏光片的叠合角度，直至光线感应器所感知的光照强度达到step1中预设的植物所需光照强度；
通过Step1～Step5，实现自然光照强度高于植物所需光照强度时装置对光照的调节步骤。
还包括以下步骤：
Step6：当光线感应器感知的光照强度低于植物所需光照强度时，系统控制机械臂降下，拆卸掉偏光片；
Step7： 将透光膜安装在机械臂上，并在透光膜上安装可调节亮度的灯管，并接好其与太阳能电池板的电线电路；
Step8：升起机械臂，通过调节机械臂的高度及距离，使得透光膜处于紧绷状态；
Step9：完成Step8后，接通太阳能电池板与灯管的电路，利用太阳能电池板在关照充足时所储存的电能进行供电，从而达到补足光照的目的；
Step10：调节灯管的亮度，直至其投射至坡面及光线感应器的光照强度达到step1中预设的植物所需光照强度；
通过Step6～Step10，实现自然光照强度低于植物所需光照强度时装置对光照的调节步骤。
本发明有如下有益效果：
1、本发明通过调节自然光照调节护坡植被培育光照强度，且在自然光照不足需要补光时所采用的人为光照亦由存储的太阳能转化而来，是对自然资源的充分利用。
2、本发明通过光感应器和机械臂实现全自动调节，无需额外管理，节约人力资源。
3、本发明装置的自动调节功能使护坡植被的光照环境保持恒定，有利于植被的快速生长，缩短生态护坡工程的工期。
4、由于偏振光技术较为成熟且用于调节光照强度的偏光片成本较为低廉，使得整套装置的造价相对较低，利于广泛运用。
5、本发明装置易于拆卸及运输，可在多个同时进行的生态护坡工程之间周转使用。
6、本发明利用光感应器实时感应和调节的功能，可使植被全天处于恒定光照环境中。
7、透光膜既易于折叠存放又可以展开拉伸，同时还可以在其上安装灯管，方便便捷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为自然光照强度大于培育植被生长所需光照强度时本发明的整体剖面图。
图2为自然光照强度大于培育植被生长所需光照强度时本发明的整体剖面图。
图3为机械臂底座的俯视图。
图4为两偏光片平行时的光强弱化示意图。
图5为两偏光片呈45°时的光强弱化示意图。
图6为两偏光片垂直时的光强弱化示意图。
图中：光线感应器1、偏光片2、太阳能电池板3、机械臂4、机械臂底座5、透光膜6、灯管7、基座8 、凹槽9、转台10。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
参见图1-6，一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置，它包括光线感应器1，所述光线感应器1设置有边坡上；在边坡的上侧和下侧分别固定有机械臂底座5，所述机械臂底座5上安装有机械臂4，所述机械臂4的顶端安装有太阳能电池板3，所述太阳能电池板3之间支撑安装有偏光片2或透光膜6，所述透光膜6的内侧壁上设置有灯管7。本发明利用光线感应器、太阳能储能以及偏振光技术，通过光线感应器感知光照强度，当自然光照强度大于培育植物生长所需光照强度时，在该装置的机械臂上分别安装偏光片和太阳能电池板，光线感应器将光信号转换为电信号，并控制机械臂分别升起偏光片和太阳能电池板，自然光经过偏光片削弱光照强度并反馈到光线感应器，光线感应器再次控制机械臂旋转偏光片角度调节光照强度，直至光线感应器捕捉的光照强度达到培育植被所需的光强为止，同时太阳能电池板进行储能。当自然光照强度小于培育植物生长所需光照强度时，拆下偏光片换为透光膜，并在透光膜上安装灯管，将灯管电路与太阳能电池板相连，从而通过所储存的电能进行补光，使光照强度达到培育植物生长所需光照强度。最终使植物始终处于其最适宜的光照环境下。
进一步的，所述光线感应器1通过感应投射在其自身的光照强度，转为电信号并传输至计算机系统，再由计算机系统发出指令控制机械臂4进行旋转改变偏光片2的叠合角度从而调节投射至光线感应器上的光照强度。
进一步的，所述机械臂底座5包括基座8，所述基座8的中心部位设置有凹槽9，所述凹槽9的内部安装有转台10，所述机械臂4支撑固定在转台10的顶部，并通过电路控制转台10旋转从而带动机械臂4旋转。通过上述的机械臂底座5能够用于带动机械臂4动作。进而用于调节安装在机械臂4顶部元件的位置。
进一步的，所述偏光片2和透光膜6采用可拆卸方式安装在机械臂4上，具体根据自然光照强度与植被所需光照强度的大小关系安装，具体为：自然光照强度>植被所需光照强度，安装偏光片2；自然光照强度<植被所需光照强度，安装透光膜6。
进一步的，所述灯管7固定在透光膜6上，其电路与太阳能电池板3相连，由太阳能电池板3所储存的电能向其供电。
进一步的，所述太阳能电池板3根据光照强度执行不同功能，自然光照强度>植被所需光照强度时，展开并储能；自然光照强度<植被所需光照强度时，收起并供电。
进一步的，所述的叠合偏光片对光线的弱化效果遵循马吕斯公式：穿过第一片偏光片的光强为I/2，穿过第二片偏光片的光强I=I 0 ·cos 2 α，I 0 为入射光照强度，I为出射光照强度，α为两偏光片的叠合角度。
如图4所示，当两偏光片平行时，α为0°，故最终出射光强为I/2。
如图5所示，当两偏光片叠合角度为45°时，α为45°，故最终出射光强为I/4。
如图6所示，当两偏光片垂直时，α为90°，故最终出射光强为0。
实施例2：
利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置的使用方法，它包括以下步骤：
Step1：在边坡坡面布置光线感应器1，设置培育植物所需的最佳光照强度值，并安装两端的机械臂4；
Step2：当光线感应器1感知的光照强度高于植物所需光照强度时，在两端的机械臂4上分别安装偏光片2及太阳能电池板3，并连接好相关电线线路；
Step3：启动装置，升起机械臂4，展开偏光片2及太阳能电池板3，注意两机械臂升起高度应略有差异，使偏光片2的位置呈上下错位叠合式，此时展开的电池板开始储能；
Step4：上下叠合的偏光片2对光线的偏振作用使得投射到坡面及光线感应器1的光照强度得到弱化，光线感应器1将其数据传输至计算机系统；所述叠合的偏光片2对光线的弱化效果遵循马吕斯公式：穿过第一片偏光片的光强为I/2，穿过第二片偏光片的光强I= I 0 ·cos 2 α，I 0 为入射光照强度，I为出射光照强度，α为两偏光片的叠合角度；
Step5：计算机系统根据所接收的数据，自动控制用于固定下层偏光片的机械臂4跟随机械臂底座5的转台10部分一起旋转，增大偏光片2的叠合角度，直至光线感应器1所感知的光照强度达到step1中预设的植物所需光照强度；
通过Step1～Step5，实现自然光照强度高于植物所需光照强度时装置对光照的调节步骤。
还包括以下步骤：
Step6：当光线感应器1感知的光照强度低于植物所需光照强度时，系统控制机械臂4降下，拆卸掉偏光片2；
Step7： 将透光膜6安装在机械臂上，并在透光膜上安装可调节亮度的灯管7，并接好其与太阳能电池板3的电线电路；
Step8：升起机械臂4，通过调节机械臂的高度及距离，使得透光膜6处于紧绷状态；
Step9：完成Step8后，接通太阳能电池板3与灯管7的电路，利用太阳能电池板在关照充足时所储存的电能进行供电，从而达到补足光照的目的；
Step10：调节灯管7的亮度，直至其投射至坡面及光线感应器1的光照强度达到step1中预设的植物所需光照强度；
通过Step6～Step10，实现自然光照强度低于植物所需光照强度时装置对光照的调节步骤。

Claims (8)

1.一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置，其特征在于：它包括光线感应器（1），所述光线感应器（1）设置有边坡上；在边坡的上侧和下侧分别固定有机械臂底座（5），所述机械臂底座（5）上安装有机械臂（4），所述机械臂（4）的顶端安装有太阳能电池板（3），所述太阳能电池板（3）之间支撑安装有偏光片（2）或透光膜（6），所述透光膜（6）的内侧壁上设置有灯管（7）。
2.根据权利要求1所述一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置，其特征在于：所述光线感应器（1）通过感应投射在其自身的光照强度，转为电信号并传输至计算机系统，再由计算机系统发出指令控制机械臂（4）进行旋转改变偏光片（2）的叠合角度从而调节投射至光线感应器上的光照强度。
3.根据权利要求1所述一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置，其特征在于：所述机械臂底座（5）包括基座（8），所述基座（8）的中心部位设置有凹槽（9），所述凹槽（9）的内部安装有转台（10），所述机械臂（4）支撑固定在转台（10）的顶部，并通过电路控制转台（10）旋转从而带动机械臂（4）旋转。
4.根据权利要求1所述一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置，其特征在于：所述偏光片（2）和透光膜（6）采用可拆卸方式安装在机械臂（4）上，具体根据自然光照强度与植被所需光照强度的大小关系安装，具体为：自然光照强度>植被所需光照强度，安装偏光片（2）；自然光照强度<植被所需光照强度，安装透光膜（6）。
5.根据权利要求1所述一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置，其特征在于：所述灯管（7）固定在透光膜（6）上，其电路与太阳能电池板（3）相连，由太阳能电池板（3）所储存的电能向其供电。
6.根据权利要求1所述一种利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置，其特征在于：所述太阳能电池板（3）根据光照强度执行不同功能，自然光照强度>植被所需光照强度时，展开并储能；自然光照强度<植被所需光照强度时，收起并供电。
7.权利要求1-6任意一项所述利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置的使用方法，其特征在于它包括以下步骤：
Step1：在边坡坡面布置光线感应器（1），设置培育植物所需的最佳光照强度值，并安装两端的机械臂（4）；
Step2：当光线感应器（1）感知的光照强度高于植物所需光照强度时，在两端的机械臂（4）上分别安装偏光片（2）及太阳能电池板（3），并连接好相关电线线路；
Step3：启动装置，升起机械臂（4），展开偏光片（2）及太阳能电池板（3），注意两机械臂升起高度应略有差异，使偏光片（2）的位置呈上下错位叠合式，此时展开的电池板开始储能；
Step4：上下叠合的偏光片（2）对光线的偏振作用使得投射到坡面及光线感应器（1）的光照强度得到弱化，光线感应器（1）将其数据传输至计算机系统；所述叠合的偏光片（2）对光线的弱化效果遵循马吕斯公式：穿过第一片偏光片的光强为I/2，穿过第二片偏光片的光强I=I 0 ·cos 2 α，I 0 为入射光照强度，I为出射光照强度，α为两偏光片的叠合角度；
Step5：计算机系统根据所接收的数据，自动控制用于固定下层偏光片的机械臂（4）跟随机械臂底座（5）的转台（10）部分一起旋转，增大偏光片（2）的叠合角度，直至光线感应器（1）所感知的光照强度达到step1中预设的植物所需光照强度；
通过Step1～Step5，实现自然光照强度高于植物所需光照强度时装置对光照的调节步骤。
8.根据权利要求7所述的利用偏振光技术调节护坡植被培育光照强度的装置的使用方法，其特征在于，还包括以下步骤：
Step6：当光线感应器（1）感知的光照强度低于植物所需光照强度时，系统控制机械臂（4）降下，拆卸掉偏光片（2）；
Step7： 将透光膜（6）安装在机械臂上，并在透光膜上安装可调节亮度的灯管（7），并接好其与太阳能电池板（3）的电线电路；
Step8：升起机械臂（4），通过调节机械臂的高度及距离，使得透光膜（6）处于紧绷状态；
Step9：完成Step8后，接通太阳能电池板（3）与灯管（7）的电路，利用太阳能电池板在关照充足时所储存的电能进行供电，从而达到补足光照的目的；
Step10：调节灯管（7）的亮度，直至其投射至坡面及光线感应器（1）的光照强度达到step1中预设的植物所需光照强度；
通过Step6～Step10，实现自然光照强度低于植物所需光照强度时装置对光照的调节步骤。
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