CN201746536U - 一种用led可调光的微藻培养箱 - Google Patents

一种用led可调光的微藻培养箱 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种用LED可调光进行微藻培养实验用的培养箱。在培养箱的箱体内部上半部装备有红、绿、蓝、黄、白LED组成的发光组件，在箱体内部的下半部装备有日光灯发光组件，上下两部分用通气隔光板隔离。五色LED分别与单片机控制电路连接并采取PWM(脉冲宽度可调)技术对LED发光进行控制。可分别选择连续光强手动控制和自动控制，可选择光谱和光照周期，还可选择模拟日光渐变的全天自动控制光照模式。通过与日光灯的对照培养，可确定针对不同微藻的最佳LED光照方案。为规模化微藻培养提供LED光照环境。该培养箱同样适用于高等植物的组织培养和育苗等科学实验工作。

Description

一种用LED可调光的微藻培养箱 
技术领域
本实用新型属于微藻培养生物技术领域，涉及一种用LED可调光进行微藻培养实验用的培养箱。 
背景技术
微藻是生物圈中第一生产力的重要组成部分，一些微藻是水产养殖的重要饵料或饵料生物的饵料。一些微藻富含营养成分，是人类极好的营养品。微藻接近植物种类的50％，在种质、生态分布、遗传信息、生化组成等方面具有多样性、复杂性和特殊性。自然界并没有可以大量直接收集的微藻，都需要通过工程培养。目前规模化人工培养主要有开放池和封闭光生物反应器两种方式。无论何种方式，光照是微藻生长的重要因子，而封闭光生物反应器更需要人工光源。光照又由光强、光谱和光周期三个因素组成。由于微藻种类的繁多及色素种类多样性，对光照的需求远比高等植物复杂。因此如何在规模化生产中配置合理光照环境要因藻种的不同而异。目前，普通生物培养箱虽具有恒温和光照环境，但采用都是日光灯管，光谱不匹配，在实验室虽有使用单色光进行培养的案例，但其单色光均使用白光加滤光片形成，光效低，可选光谱有限。在光强调节方面，虽可组合灯管亮灭用以调整光强，但档位有限且不连续。耗电大、发热大、效率低。用该培养箱的光照并不能调整到微藻生长的最佳环境，因此，也就不具有为后期规模生产配置光源的实验功能。 
发明内容
针对目前培养箱存在的不足，本实用新型的目的是提供一种用LED可调光进行微藻培养实验的培养箱。通过调节该培养箱中LED光源的光谱、光强和光照周期并与常规日光灯光源进行培养对照，为不同藻类规模化培养配置最佳的LED光照环境。 
为实现上述目的而采取的技术方案为：培养箱由箱体、光照控制系统和温度控制系统三部分组成。在箱体内部用通气隔光板分为上下两部分，目的在于上下温度的一致，而上下两部分光照彼此不受影响。在箱体内部上半部两侧装备LED发光组件和LED控制电路，在箱体内部下半部两侧装备日光灯发光组件和日光灯控制电路。温度控制系统技术为已知。 
所述LED可调光微藻培养箱的技术特征为：在箱体内部上半部两侧面各安装一块由红、绿、蓝、黄、白五色LED组成的发光组件，发光组件上的LED分别连接起来分五路与LED控制电路连接。所述LED控制电路由单片机编程进行控制。对五路LED可分别选择连续光强手动控制，在分别控制光强的同时也在选择光谱。光照周期的控制可选择多时段对多路进行定时开关。还可选择模拟太阳光渐变的全天自动控制光照模式。 
在箱体内部的下半部的两侧面各安装4只9W白光日光灯管组成日光灯发光组件，与日光灯控制电路连接，对光强不做调控，只是通过定时器控制其开关，达到控制光照周期的目的。在箱体内部上下两个培养区域的微藻培养台面上各放置一只光照度探头，分别与LED控制电路和日光灯控制电路连接。并将测得的光照度显示在前面板上。 
所述LED发光组件其特征为：采用直径为5mm的高亮度红、绿、蓝、黄、白五色各100-150只焊接于PCB电路板上。峰值波长为：红色650nm、绿色520nm、蓝色440nm、黄色590nm、白色双峰450nm和540nm，各色带宽均为30nm，LED发光组件发出各色光在箱体上部中心的总体照度值为：红色1000Lx-1500Lx；绿色4000lx-5000Lx；蓝色5000Lx-6000Lx；黄色3000Lx-4000Lx；白色8000Lx-10000Lx。所述日光灯的照度值为4000Lx-8000Lx。 
所述LED控制电路采用单片机编程脉冲宽度可调(PWM)控制技术。该技术调节光强具有效率高、安全可靠、连续无级的特点。所述光照度探头采用硅光电池。 
通过LED控制电路选择LED的光谱或调节LED光照强度或改变光照周期用以培养在该光照环境下的微藻。与此同时，在相同温度的环境下，选择同一藻种并将之置于同一培养箱内的日光灯的光照环境对比培养。以确定针对该微藻的最佳LED光照环境。 
本实用新型采取控制技术模仿太阳光的色温、光照周期和光强变化，选取红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的亮度比为5∶3∶1。由此配光构成白光的色温在6500K，接近太阳光色温。光照周期为12小时亮，12小时灭，在亮灯期间采取由暗变亮再由亮变暗的渐变过程，最亮时达8000Lx。 
本实用新型的优点在于： 
1、LED光源具有丰富的光谱且可独立控制，节能环保、发热少、光效高且稳定长寿。 
2、针对不同种类的微藻，可提供多种LED光照方案选择，包括光谱组成、光照强度和光照周期。在同温、同湿环境下与同光照周期或同光照强度或不同光照强度的常规日光灯进行对照实验研究，最终确定最佳LED光源使用方案。 
3、光照控制自动化程度高、可选择模式多样。可手工控制，也可设定程序进行自动化全天模拟日光变化。 
4、本实用新型提供的培养箱同样适用于高等植物的组织培养和育苗等科学实验工作。 
附图说明
图1LED可调光微藻培养箱立体结构示意图 
图2LED调光控制电路组件连接图 
附图标号说明：1-箱体；2-通气隔光板；3-LED发光组件；4-LED控制电路；5-日光灯发光组件；6-日光灯控制电路；7，9-照度计探头；8-样品托盘；10-透明玻璃；11-温度探头；12- 温度控制电路；13-电源开关；14-直流电源；15-单片机；16-控制按键；17-显示电路；18-驱动电路；19-红色LED；20-绿色LED；21-蓝色LED；22-黄色LED；23-白色LED。 
具体实施方式
在图1中，该培养箱由箱体1、通气隔光板2、LED控制电路4、日光灯控制电路6、箱内温度控制电路12、LED发光组件3和日光灯发光组件5组成。在所述箱体1中，用通气隔光板2将整个箱体内部分为上下两部分。所述通气隔光板2由百叶金属片结构组成。箱体1的上半部分用于LED光照培养，箱体1的下半部分用于日光灯管对照培养。上半部两侧各安装一块由红、绿、蓝、黄、白五色各100只直径为5mm高亮度LED组成的发光组件3，峰值波长各为：红色650nm、绿色520nm、蓝色440nm、黄色590nm、白色双峰450nm和540nm，带宽均为30nm。由LED发光组件3发出各色光在箱体上半部中心的总体照度最大值为：红色1500Lx；绿色4000lx；蓝色5000lx；黄色3000lx；白色8000lx。五路LED分别与LED控制电路4连接。其照度值由放置在兼做样品放置台的通气隔光板2之上的照度计探头7测得，并在LED控制电路4的前面板上实时显示。在箱体1下半部的两侧面各安装由四只9W日光灯管组成的日光灯发光组件5，八只灯管并接与日光灯控制电路6连接，对其进行定时控制。日光灯发光组件5在箱体1下半部中心的照度值由放置在样品托盘8之上的照度计探头9测得，并实时显示在日光灯控制电路6的前面板上。八只灯管固定照度值为4000lx。通过透明玻璃10将LED发光组件3和日光灯发光组件5与箱体1内部空间隔离，目的是避免由于光源发热而影响箱内恒温。箱体1内空气温度由探头11测得并显示在温度控制电路12的前面板上。实验培养箱供电通过开关13接入市电。日光灯控制电路6和温度控制电路12均为已知。下面结合图2对LED控制电路4做一说明。 
在图2中，所述LED控制部分由红色19、绿色20、蓝色21、黄色22和白色23各100只直径为5mm高亮度LED组成的发光组件板3和LED控制电路4组成，并由外部设置的照度计探头7测得照度值通过LED控制电路4中的单片机15送实时照度值在显示电路17之上显示。五色LED分别与LED控制电路4中的驱动电路18连接，并由单片机15编程通过PWM方式对输出各路进行功率调节。通过控制按键16与单片机15连接对各色光强、光谱选择模式、光照周期模式进行设定。由12V直流开关电源14通过开关13接入市电并与单片机15和驱动电路18连接供电。显示电路17和驱动电路18均为已知电路。 

Claims (3)

1.一种用LED可调光进行微藻培养实验用的培养箱，其特征在于该培养箱由箱体、光照控制系统和温度控制系统组成，在培养箱的箱体中，用通气隔光板将整个箱体内部分为上下两部分，在箱体内部上半部两侧装备LED发光组件和LED控制电路，在箱体内部下半部两侧装备日光灯发光组件和日光灯控制电路。
2.如权利要求1所述的微藻培养箱，其特征在于所述箱体上部两侧各安装一块由红、绿、蓝、黄、白五色各100-150只直径为5mm高亮度LED组成的发光组件，红色峰值波长650nm、照度1000Lx-1500Lx；绿色峰值波长520nm、照度4000lx-5000Lx；蓝色峰值波长440nm、照度5000Lx-6000Lx；黄色峰值波长590nm、照度3000Lx-4000Lx；白色双峰值波长450nm和540nm，照度8000Lx-10000Lx；带宽均为30nm，并分别与LED控制电路连接。
3.如权利要求1所述的微藻培养箱，其特征在于所述箱体下部两侧各安装4只9W的日光灯发光组件，照度值为4000Lx-8000Lx，并与日光灯控制电路连接。 
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