CN114051804A - 一种农作物增产装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种农作物增产装置，属于农业技术领域，特别涉及一种基于高压电脉冲的农作物增产装置，该装置包括高压脉冲调制器、高压电缆和高压电极等，高压脉冲调制器用于产生万伏级电脉冲，高压电缆用于有效传递电脉冲，高压电极是电脉冲输出部件、并与作物培养基直接接触。本发明基于生物的电特性，利用高压电脉冲与生物的空间电场相互作用，能够显著加速作物生长，增加产量，缩短生产周期，抑制并消灭培养基内有害菌群，减少病虫害等，该方案还具有只消耗电能，可长时间重复使用，环境友好，经济高效，绿色环保等特点。

Description

一种农作物增产装置

技术领域

本发明涉及一种农作物增产装置，属于农业技术领域，特别是一种基于高压电脉冲的农作物增产装置。

背景技术

电脉冲是电路产生的一个脉冲，脉冲就是在很短时间内变一次电压的过程，典型放电时间为微秒或纳秒级。高压电脉冲是指电压等级在万伏特级以上的电脉冲。目前，能够稳定产生可控高压电脉冲的装置包含：TESLA脉冲调制器、MARX发生器、LTD感应叠加器等。正是由于高压电脉冲具有持续时间很短、瞬时能量高的特点，不容易产生热量累积，可长期反复使用，绿色高效环保，对作用物不产生损伤、不发生性状改变等优势。

中国是农业大国，农业是国民经济的基础和力量来源。为了不断满足人们日益增长的物质需求，保障增产增收，提高相关从业者的经济收入，提高劳动生产率，利用高新技术实现绿色环保和可持续发展，符合我国国情和发展必然。当前，农业增产增收的主要方法有：筛选优良品种、施加化学药剂、优化设施栽培方法等。然而，这些传统的增产方式存在一定的技术缺陷，主要体现在：（1）耗时耗力，利用人工劳动力较多。（2）药剂残留存在副作用，影响人体健康；（3）存在环境污染，不利于食品安全，不利于循环发展。

生物细胞具有电特性。具有一定能量的空间电场，不仅可以刺激和唤醒生物细胞，还能激发细胞的活性，加速细胞分裂，缩短作物种子的休眠期，提高发芽率。此外，空间电场的存在一方面能够抑制和消灭作物培养基内的有害菌群、线虫等病虫害体；另一方面，能够电离培养基内的空气分子和水分子形成氮肥，为作物提供养料。这些效果从宏观上看，将表现为作物生长加快，成熟周期缩短，产量增加。除此之外，当高压电脉冲应用到食品中时，可以实现对微生物的灭活和对酶的钝化；当高压电脉冲应用到酒处理中时，可以实现对酒的催陈与口感提升。

发明内容

面对上述技术背景，为了更好服务于农业技术现代化，弥补现有技术的缺陷，本发明提出一种农作物增产装置，为实现农业的经济、环保、高效和可持续发展提供一种重要支持手段。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案

一种农作物增产装置，其特征在于，包括高压脉冲调制器、高压电缆和高压电极，其中：所述高压脉冲调制器用于产生万伏级电脉冲；所述高压电缆用于将万伏级电脉冲有效传递至高压电极；所述高压电极作为电脉冲的输出部件、与作物培养基直接接触；所述高压电极的正电极均布在培养基的周边，高压电极的负电极布置在培养基的中心。

优选的，所述万伏级电脉冲的设置参数包括电压幅值、脉冲宽度和重复频率，其中：所述电压幅值的范围为2至8万伏特；所述脉冲宽度的范围为30至80纳秒；所述重复频率的范围为0.05至0.2赫兹。

优选的，所述高压脉冲调制器包括TESLA脉冲调制器、MARX发生器、LTD感应叠加器中的一种或几种。

优选的，所述高压电极为金属材料，高压电极的形状包括针状、平板、椭圆形、扇形、锥形中的一种或多种。

优选的，还包括系统控制器，所述系统控制器用于控制高压脉冲调制器工作、并用于检测高压电极的工作状态。

优选的，所述高压电缆分为正极电缆和负极电缆，其中：所述正极电缆布置在培养基的周边，正电极均匀设置在正极电缆上，每个正电极之间相距10至50厘米；所述负极电缆用于连接负电极。

优选的，上述装置的控制方法包括：

每间隔1至4小时，向农作物的培养基放电0.5至2小时；

放电过程中：每5至20个电脉冲为一组，每组间隔5至20分钟，电脉冲的电压幅值的范围为2至8万伏特、脉冲宽度的范围为30至80纳秒、重复频率的范围为0.05至0.2赫兹。

优选的，所述控制方法的操作步骤包括：

A1）播种期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每5个电脉冲为一组，每组间隔5分钟，电脉冲的电压幅值为8万伏特、脉冲宽度为80纳秒、重复频率为0.05赫兹；

A2）育苗期，每间隔3小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.15赫兹；

A3）成长期，每间隔2小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每20个电脉冲为一组，每组间隔20分钟，电脉冲的电压幅值为3万伏特、脉冲宽度为30纳秒、重复频率为0.05赫兹。

优选的，所述控制方法的操作步骤包括：

B1）播种期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.1赫兹；

B2）育苗期，每间隔2小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.1赫兹；

B3）成长期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.1赫兹。

优选的，所述控制方法的操作步骤包括：

C1）播种期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每5个电脉冲为一组，每组间隔15分钟，电脉冲的电压幅值为6万伏特、脉冲宽度为60纳秒、重复频率为0.05赫兹；

C2）育苗期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每15个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为4万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.2赫兹；

C3）成长期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每20个电脉冲为一组，每组间隔15分钟，电脉冲的电压幅值为2万伏特、脉冲宽度为80纳秒、重复频率为0.05赫兹。

本发明提出的农作物增产装置具有以下有益效果：

本发明基于生物的电特性，利用高压电脉冲与生物的空间电场相互作用，能够显著加速作物生长，增加产量，缩短生产周期，抑制并消灭培养基内有害菌群，减少病虫害等，该方案还具有只消耗电能，可长时间重复使用，环境友好，经济高效，绿色环保等特点。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

图2为本发明的实施例示意图；

图3为本发明的高压电极布置示意图；

图4为本发明的应用示意图。

图中，1-高压脉冲调制器、2-高压电缆、201-正极电缆、202-负极电缆、3-高压电极、301-正电极、302-负电极、4-系统控制器、5-培养基。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

根据附图所示，对本发明进行进一步说明：

实施例一

如图1和图2所示，该农作物增产装置包括高压脉冲调制器1、高压电缆2和高压电极3，其中：高压脉冲调制器1用于产生万伏级电脉冲；高压电缆2用于将万伏级电脉冲有效传递至高压电极3；高压电极3作为电脉冲的输出部件、与作物培养基直接接触。

需要说明的是，高压脉冲调制器1包括TESLA脉冲调制器、MARX发生器、LTD感应叠加器中的一种或几种，具体的，高压脉冲调制器1可以直接采用现有TESLA脉冲调制器、MARX发生器、LTD感应叠加器、人工线或脉冲形成网络，也可以将上述装置串联使用，多级升压。

如图3和图4所示，高压电极3的正电极301均布在培养基5的 周边，高压电极3的负电极302布置在培养基5的中心，本实施例中， 高压电缆2分为正极电缆201和负极电缆202，其中：正极电缆201布 置在培养基5的周边，正电极301均匀设置在正极电缆201上，每个 正电极301之间相距10至50厘米；负极电缆202用于连接负电极302。

实施例二

本实施例中，万伏级电脉冲的设置参数包括电压幅值、脉冲宽度和重复频率，其中：电压幅值的范围为2至8万伏特；脉冲宽度的范围为30至80纳秒；重复频率的范围为0.05至0.2赫兹，上述万伏级电脉冲由TESLA型脉冲调制器完成。

具体的，TESLA型脉冲调制器可以采用现有结构，也可以采用新型结构，该新型TESLA型脉冲调制器包括激光触发通道、主开关、开关绝缘支撑体、变压器原边、变压器副边、脉冲形成线外筒、脉冲形成线内筒、变压器供电端、内筒支撑体和封装外壳，其中：激光触发通道设置在封装外壳的一端、且用于对接精确触发单元；主开关安装在封装外壳的内部、且位于靠近激光触发通道的一侧，主开关的一端连接内置变压器，主开关的另一端连接高压大电流脉冲输出口，主开关接受精确触发单元的控制以实现变压器瞬时放电；开关绝缘支撑体用于支撑主开关、且用于隔离主开关与脉冲形成线；变压器原边为多匝卷绕金属带、且设置在封装外壳的内部中侧位置；变压器副边为密绕细金属线构成的椎型结构、且设置在变压器原边的内部；脉冲形成线外筒为金属圆筒，金属圆筒的外壁连接变压器副边，金属圆筒的一端连接主开关的电极，金属圆筒的另一端开口；脉冲形成线内筒为圆筒状或圆柱状结构，脉冲形成线内筒通过内筒支撑体同轴布置在脉冲形成线外筒的内部；变压器供电端的一端连接外部电源，变压器供电端的另一端连接变压器，变压器为内置脉冲形成线的同轴锥形TESLA变压器。

需要进一步说明的是，脉冲高压调制器也可以选择TESLA型脉冲调制器和MARX型高压发生器的组合形式时，该组合形成是传递关系，MARX发生器作为第一级进行升压操作，将升高后的电压传递给第二级的TESLA调制器进行整形。

实施例三

本实例中，高压电极3为金属材料，高压电极3的形状包括针状、平板、椭圆形、扇形、锥形中的一种或多种，实施例三采用的是针状结构，高压电极3与作物培养基直接接触。

具体的，将负电极302直接插入到培养基的中心或相对中心，正电极301均匀围绕负电极302插入培养基中，全部高压电极形成“一个中心，多个节点”的布局。

实施例四

本实施例中，还包括系统控制器4，系统控制器4用于控制高压脉冲调制器1工作、并用于检测高压电极3的工作状态。需要说明的是，系统控制器4用于完成时序触发、状态监测、能源补充、逻辑管理、应急管理、故障检测、远程控制和人机交互等功能。

具体的，高压脉冲调制器1受系统控制器4的实时监控，完成初始充放电、主回路导通和电脉冲产生。系统控制器4由集成电路组成，包括：FPGA运算、RAM存储、D/A采集，A/D采集等主要模块，完成时序触发、状态监测、能源补充、逻辑管理、应急管理、故障检测、远程控制和人机交互等功能。

实施例五

该农作物增产装置的控制方法如下：每间隔1至4小时，向农作物的培养基放电0.5至2小时；放电过程中：每5至20个电脉冲为一组，每组间隔5至20分钟，电脉冲的电压幅值的范围为2至8万伏特、脉冲宽度的范围为30至80纳秒、重复频率的范围为0.05至0.2赫兹。

需要说明的是，针对不同植物、不同生长周期采用不同的最优参数刺激。

实施例六

针对水培类植物，控制方法的具体操作步骤包括：

A1）播种期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每5个电脉冲为一组，每组间隔5分钟，电脉冲的电压幅值为8万伏特、脉冲宽度为80纳秒、重复频率为0.05赫兹；

具体的，播种期为种子到幼苗的过程。

A2）育苗期，每间隔3小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.15赫兹；

具体的，育苗期为幼苗到成苗的过程。

A3）成长期，每间隔2小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每20个电脉冲为一组，每组间隔20分钟，电脉冲的电压幅值为3万伏特、脉冲宽度为30纳秒、重复频率为0.05赫兹。

具体的，成长期为成苗生长为成熟农作物的时间段。

需要说明的是，使用该装置后，水培类植物的成熟周期缩短10%-15%，产量增加16%-22%。

实施例七

针对菌类植物，控制方法的操作步骤包括：

B1）第1至8天，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.1赫兹；

B2）第9至16天，每间隔2小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.1赫兹。

需要说明的是，使用该装置后，菌类的发菇期缩短15%-20%、成熟周期缩短10%-15%，产量增加20%-25%，品相大小一致。

实施例八

针对番茄等果实类植物，控制方法的操作步骤包括：

C1）播种期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每5个电脉冲为一组，每组间隔15分钟，电脉冲的电压幅值为6万伏特、脉冲宽度为60纳秒、重复频率为0.05赫兹；

C2）育苗期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每15个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为4万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.2赫兹；

C3）成长期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每20个电脉冲为一组，每组间隔15分钟，电脉冲的电压幅值为2万伏特、脉冲宽度为80纳秒、重复频率为0.05赫兹。

需要说明的是，使用该装置后，果实类植物的成熟周期缩短9%-14%，产量增加14%-18%。

本发明基于生物的电特性，利用高压电脉冲与生物的空间电场相互作用，能够显著加速作物生长，增加产量，缩短生产周期，抑制并消灭培养基内有害菌群，减少病虫害等，该方案还具有只消耗电能，可长时间重复使用，环境友好，经济高效，绿色环保等特点。

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 (10)

1.一种农作物增产装置，其特征在于，包括高压脉冲调制器（1）、高压电缆（2）和高压电极（3），其中：

所述高压脉冲调制器（1）用于产生万伏级电脉冲；

所述高压电缆（2）用于将万伏级电脉冲有效传递至高压电极（3）；

所述高压电极（3）作为电脉冲的输出部件、与作物培养基直接接触；

所述高压电极（3）的正电极（301）均布在培养基（5）的周边，高压电极（3）的负电极（302）布置在培养基（5）的中心。

2.根据权利要求1所述的农作物增产装置，其特征在于，所述万伏级电脉冲的设置参数包括电压幅值、脉冲宽度和重复频率，其中：

所述电压幅值的范围为2至8万伏特；

所述脉冲宽度的范围为30至80纳秒；

所述重复频率的范围为0.05至0.2赫兹。

3.根据权利要求1所述的农作物增产装置，其特征在于，所述高压脉冲调制器（1）包括TESLA脉冲调制器、MARX发生器、LTD感应叠加器中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的农作物增产装置，其特征在于，所述高压电极（3）为金属材料，高压电极（3）的形状包括针状、平板、椭圆形、扇形、锥形中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的农作物增产装置，其特征在于，还包括系统控制器（4），所述系统控制器（4）用于控制高压脉冲调制器（1）工作、并用于检测高压电极（3）的工作状态。

6.根据权利要求1所述的农作物增产装置，其特征在于，所述高压电缆（2）分为正极电缆（201）和负极电缆（202），其中：

所述正极电缆（201）布置在培养基（5）的周边，正电极（301）均匀设置在正极电缆（201）上，每个正电极（301）之间相距10至50厘米；

所述负极电缆（202）用于连接负电极（302）。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的农作物增产装置，其特征在于，控制方法包括：

每间隔1至4小时，向农作物的培养基放电0.5至2小时；

放电过程中：每5至20个电脉冲为一组，每组间隔5至20分钟，电脉冲的电压幅值的范围为2至8万伏特、脉冲宽度的范围为30至80纳秒、重复频率的范围为0.05至0.2赫兹。

8.根据权利要求7所述的农作物增产装置，其特征在于，所述控制方法的操作步骤包括：

A1）播种期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每5个电脉冲为一组，每组间隔5分钟，电脉冲的电压幅值为8万伏特、脉冲宽度为80纳秒、重复频率为0.05赫兹；

A2）育苗期，每间隔3小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.15赫兹；

A3）成长期，每间隔2小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每20个电脉冲为一组，每组间隔20分钟，电脉冲的电压幅值为3万伏特、脉冲宽度为30纳秒、重复频率为0.05赫兹。

9.根据权利要求7所述的农作物增产装置，其特征在于，所述控制方法的操作步骤包括：

B1）播种期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.1赫兹；

B2）育苗期，每间隔2小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.1赫兹；

B3）成长期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每10个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为5万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.1赫兹。

10.根据权利要求7所述的农作物增产装置，其特征在于，所述控制方法的操作步骤包括：

C1）播种期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每5个电脉冲为一组，每组间隔15分钟，电脉冲的电压幅值为6万伏特、脉冲宽度为60纳秒、重复频率为0.05赫兹；

C2）育苗期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电2小时，放电过程中：每15个电脉冲为一组，每组间隔10分钟，电脉冲的电压幅值为4万伏特、脉冲宽度为50纳秒、重复频率为0.2赫兹；

C3）成长期，每间隔4小时工作一次，每次工作向农作物的培养基放电1小时，放电过程中：每20个电脉冲为一组，每组间隔15分钟，电脉冲的电压幅值为2万伏特、脉冲宽度为80纳秒、重复频率为0.05赫兹。

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