CN2925070Y - 生物照明系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种生物照明系统，包括：电磁感应灯；灯具系统，输入和电磁感应灯的输出相连，将电磁感应灯的出射光更多集中到需要照明的生物空间；辐射感应装置，连接到灯具系统的输出，获得瞬时的光谱和照度信息；控制装置，连接到辐射感应装置，控制光照的信息，通过和预先编程设定的信息比对，动态地调控电磁感应灯的光照强度和光谱分布来消除环境变化的影响；光源控制电路，连接到控制装置的输出，接收动作指令，光源控制电路的输出和电磁感应灯相连，控制电磁感应灯的光谱输出和强度控制。采用了本实用新型的技术方案，可以实现生物照明要求的光谱照明，并且电磁感应灯寿命长，在寿命期间光衰十分小，可线性调光和频繁开关，系统的稳定性好，且可实现动态调整。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动化仪器仪表领域，更具体地说，涉及一种具有光谱调节功能的电磁感应灯生物照明系统。
背景技术
研究表明光照对生物有很重要的作用，从上世纪中叶科研人员开始进行光照对生物生长的影响的研究，经过长期研究已经取得很多成果。在植物研究方面，光合作用受光照影响的催化剂机理(如Making light work ofenzyme catalysis：protochlorophyllide oxidoreductase，TRENDS INBIOCHEMICAL SCIENCES 30(11)：642-649 NOV。2005)，光照还可以改变植物的生长周期(如Conserved Expression Profiles of CircadianClock-Related Genes in Two Lemna Species Showing Long-Day-andShort-Day Photoperiodic Flowering Responses，Plant Cell Physiol.Volume：5，Issue：Mar，Date：2006 3 9，Pages：499-506，2006)。在动物研究方面，光照对动物的生长有重要作用(如Department of Agriculture and Food-TheWelfare of Pigs on Farm and In Transit，Irland，2003)。光在组织培育和食品加工上也有很多应用。光照在生物应用中主要可以起两部分作用：1、补充日光照明，实现增产的目的；2、打破生物节律，改变光周期，实现反季节、节奏生产。
目前在农业生产上光照还不能象施肥、灌溉等一样进行很好的人工控制，只能依赖自然光照明，而太阳光在不同的季节、天气和地区的变化是不同的，变化的规律比较复杂，因此农业生产靠天吃饭的局面很难改变。目前在生物照明上的光源主要是白炽灯和高强度气体放电灯来作为模拟光源，其光谱很难调节，只能作一些基本的应用。目前还有发光二极管(LED)用于生物照明的研究，目前由于LED技术本身的原因，在功率和谱线波长选择上还是有很大局限。另外一个比较大的局限是照明光源的光谱输出的动态调节有很大局限性。
于是，如何提供一种具有可以有效调节光谱的光源的生物照明系统在本领域中有着迫切的需求，考虑到电磁感应灯可以较好地实现光谱的调节，因此采用电磁感应灯作为光源是一种理想的选择。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种具有光谱调节功能的电磁感应灯生物照明系统。
根据本实用新型，提供一种生物照明系统，包括：
电磁感应灯；
灯具系统，输入和电磁感应灯的输出相连，将电磁感应灯的出射光集中到需要照明的生物空间；
辐射感应装置，连接到灯具系统的输出，获得瞬时的光谱和照度信息；
控制装置，连接到辐射感应装置，控制装置控制光照的信息，通过和预先编程设定的信息比对，动态地调控电磁感应灯的光照强度和光谱分布来消除环境变化的影响；
光源控制电路，连接到控制装置的输出，控制装置将动作指令提供给光源控制电路：光源控制电路的输出和电磁感应灯相连，控制电磁感应灯的光谱输出和强度控制。
较佳的，该生物照明系统还包括显示系统，连接辐射感应装置，显示光照的信息。
其中，电磁感应灯使用单一光源或不同光谱的光源组合来实现不同的生物照明要求。
所述控制装置控制光谱、光照的强度、光照的时间节律和工作的频率。所述控制装置包括单片机，以及集成电路芯片。
所述辐射感应装置探测实际的照明环境来动态地调控电磁感应灯的光照强度，以适应不同天气照明条件下的应用情况。
所述光源控制电路包括调光电路，可实现电磁感应灯的可重复性调光。
所述调光电路包括调频电路或者调压电路。调频电路包括一电子镇流器逆变控制芯片，该芯片连接一可变电阻，通过可变电阻阻值的变化改变该芯片输出的驱动信号的频率，该驱动信号驱动所述电磁感应灯。调压电路包括一电子镇流器功率因素校正芯片，该芯片连接一可变电阻，通过可变电阻阻值的变化改变该芯片输出的电压的幅值，该电压驱动所述电磁感应灯。
采用了本实用新型的技术方案，可以实现照明光谱的调整，实现生物照明要求的光谱照明。并且电磁感应灯寿命长，在寿命期间光衰十分小，而且不会担心发光物质和电极的相互作用，可靠性好。本实用新型的生物照明系统可以实现瞬时启动和再启动，频繁开关对系统的寿命没有影响。并且光强的线性调光，稳定性好。光源控制电路采用IC芯片驱动，可以实现动态调整。
附图说明
本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图对实施例的说明而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征。其中：
图1是根据本实用新型的一实施例的一种生物照明系统的结构框图；
图2是根据本实用新型的一实施例的调频电路的电路结构图，其中该调频电路用于电磁感应灯的调光；
图3是根据本实用新型的另一实施例的调压电路的电路结构图，其中该调压电路用于电磁感应灯的调光。
具体实施方式
生物照明系统
根据本实用新型，提供一种生物照明系统，参考图1示出了该生物照明系统的一实施例100的结构框图，包括：
电磁感应灯102；
灯具系统104，输入和电磁感应灯102的输出相连，将电磁感应灯102的出射光集中到需要照明的生物空间；
辐射感应装置106，连接到灯具系统104的输出，获得瞬时的光谱和照度信息；
控制装置108，连接到辐射感应装置106，控制装置108控制光照的信息，通过和预先编程设定的信息比对，动态地调控电磁感应灯102的光照强度来消除环境变化的影响；
光源控制电路110，连接到控制装置108的输出，控制装置108将动作指令提供给光源控制电路110：光源控制电路110的输出和电磁感应灯102相连，控制电磁感应灯102的光谱输出和强度控制。
参考图1所示的实施例，该生物照明系统100还包括显示系统112，连接辐射感应装置106，显示光照的信息以便于操作人员的操作。
电磁感应灯
在本实用新型的生物照明系统中，采用电磁感应灯作为系统的光源，电磁感应灯突破了传统的白炽灯、气体放电灯的发光机理，成为人们公认的新一代光源。其高光效、长寿命、高显色性、光线稳定等特点，使电磁感应灯源成为理想的绿色照明光源之一。电磁感应灯是由电子镇流器、功率耦合线圈、无极荧光灯管组合而成的。其灯管是一个真空放电腔体，它的一端设置汞齐，放电腔内填充缓冲放电气体，形成连续的闭合放电环路，放电腔通过绕以功率耦合线圈的环形铁氧体磁芯的中心轴线。电子镇流器产生的高频电磁能量通过功率耦合线圈耦合进入放电的等离子体中，事实上功率耦合线圈和放电腔体可以视为一个变压器的初级和次级，通过线圈的电流产生交变的磁通量，进而又沿放电腔产生感应电场来维持等离子体放电，激发汞离子产生紫外线，紫外线激发稀土三基色荧光粉发出可见光用于照明。
电磁感应灯的基本原理是本领域的技术人员所熟知的，此外，本申请的申请人提出过数项基于改进的电磁感应灯的技术的专利申请，在此引用，在上述专利中所涉及的电磁感应灯的改进技术都可以被应用到本实用新型的生物照明系统中，包括申请号为200510027617.3，题为“电磁感应灯及其灯管”；申请号为200520039974.7，题为“电磁感应灯”；申请号为200420107818.5，题为“具有改进结构的电磁感应灯”；申请号为200420090175.8，题为“可储存太阳能的电磁感应灯”；申请号为200410018262.7，题为“电磁感应灯”的专利申请。上述专利申请中涉及的有关电磁感应灯的技术均可被用于本实用新型的生物照明系统中，需要说明的是，电磁感应灯作为本实用新型的光源是本实用新型的生物系统中的一个组件，本实用新型并不是主要针对电磁感应灯的改进而做出的。
此外，根据本实用新型的生物照明系统的应用要求，电磁感应灯可使用单一光源或不同光谱的光源组合来实现不同的生物照明要求。光源的功率可以根据实际应用的需要进行选择，可以从15W-200W。此外，根据应用的要求，该电磁感应灯应该可以实现光谱200nm-900nm范围的光谱控制，寿命可以超过6万小时。
灯具系统
本实用新型的灯具系统，输入和电磁感应灯的输出相连，将电磁感应灯的出射光集中到需要照明的生物空间。
灯具系统应包括准直装置，通过灯具系统的准直装置出射出符合生物要求的光照。较佳的，灯具系统的设计还包括了防尘防水的设计来适应生物照明的各种要求，提高系统的可靠性。通过在灯具系统中增加准直装置，可提高光通的利用效率。此外，灯具系统还可以根据实际需要采用光触媒涂层和负离子发生装置来实现清洁和消毒功能。
辐射感应装置
辐射感应装置连接到灯具系统的输出，获得瞬时的光谱和照度信息此外，辐射感应装置还探测实际的照明环境来动态地调控电磁感应灯的光照强度，以适应不同天气照明条件下的应用情况。根据一实施例，辐射感应装置可采用CCD光电探测器，能够快速测量实际的光谱环境和光照强度，并由控制装置根据不同的对比结果来进行进一步的控制修正，可以实现系统的动态调整。
控制装置
控制装置连接到辐射感应装置，控制装置控制光照的信息，通过和预先编程设定的信息比对，动态地调控电磁感应灯的光照强度来消除环境变化的影响。根据本实用新型的实施例，控制装置控制光谱、光照的强度、光照的时间节律和工作的频率。控制装置可以采用单片机来实现也可以根据大批量产品的需要采用集成电路芯片来实现，控制装置具有预设程序和动态控制的功能，通过所采集的当前数据和所保存的预设数据的对比来实现对于光谱、光照的强度、光照的时间节律和工作的频率的动态控制。
光源控制电路
光源控制电路连接到控制装置的输出，控制装置将动作指令提供给光源控制电路，光源控制电路的输出和电磁感应灯相连，控制电磁感应灯的光谱输出和强度控制。光源控制电路中应当包括调光电路，可实现电磁感应灯的可重复性调光。
调光性能对生物照明和节约能源有非常重要的作用，根据生物照明场合的要求，进行适当的调光控制可以更好地达到生物照明的需要，还可以降低照明耗电减少生产成本。目前实际应用的对电磁感应灯的调光主要有两种方法：调频法和调压法。
调频法通过提高镇流器内开关器件的通断频率来降低灯的输入功率，从而达到调光的目的。当镇流器的工作频率提高的时候，与灯串联的镇流电感感抗增大，而灯并联的谐振电容容抗变小，这两点使得流过灯管的电流减小，灯消耗的功率随之下降。
调压法开关器件的工作频率恒定，通过改变镇流器中整流后的直流电压的幅值来调节灯的输入功率，从而达到调光的目的。整流后的直流电压通过BOOST电路，通过PWM方法来调节BOOST电路的输出直流电压的幅值，进而改变灯的输入功率。
因此，本实用新型的光源控制电路中的调光电路也提供了两种不同的调光实现方法，调频电路或者调压电路。
其中，调频电路的电路图可参考图2所示，该调频电路包括一电子镇流器逆变控制芯片，该芯片连接一可变电阻，通过可变电阻阻值的变化改变该芯片输出的驱动信号的频率，该驱动信号驱动电磁感应灯。具体参考图2，电子镇流器逆变控制芯片HY4501引脚6，在图2中使用圆点标出，引脚6上的电压信号能改变芯片HY4501的驱动信号频率，该驱动信号用来驱动电磁感应灯，因此通过该电子镇流器逆变控制芯片HY4501可改变系统工作频率，实现调频调光。具体的变频操作是通过采样连接在引脚6上的可变电阻R2上的电压信号实现。
其中，调压电路的电路图可参考图3所示，该调压电路包括一电子镇流器功率因素校正芯片，该芯片连接一可变电阻，通过可变电阻阻值的变化改变该芯片输出的电压的幅值，该电压驱动所述电磁感应灯。具体参考图3所示，电子镇流器功率因素校正芯片HY4502引脚1，在图3中使用圆点标出，引脚1上的电压反馈信号能改变直流电压的幅值，该直流电压驱动电磁感应灯，从而实现调压调光。具体调压方法是改变图3中连接在引脚1上的电阻R1的阻值，从而改变电压反馈信号数值。
综合而言，本实用新型的生物照明系统的基本工作原理如下：在电磁感应灯中采用不同的荧光粉可以得到不同的光谱功率分布，由于生物照明的个性需求的不同，对照明光谱的要求和人类照明用的光谱有很大的不同，因此采用不同于普通照明的荧光粉可以更好地达到生物照明的使用要求。在生物照明的使用中，照明环境通常会湿度较大，防潮性能会影响到系统实际的使用寿命。另外在生物照明中采用杀菌消毒装置可以减少病菌对生物的侵害，可以减少药品的使用，而提高产品的品质。系统工作时，由于控制装置已经对个性生物的照明需求进行预先设定，包括了照明需要的光谱、光照的强度、持续时间、开关时间等，整个系统在控制装置的监视下工作，一旦通电控制装置可以判断需要执行的动作和步骤，并传送到光源控制电路，光源控制电路对输入信息进行处理并对电磁感应灯进行控制，电磁感应灯根据要求进行发光，实现生物照明的需求。在实现过程中辐射感应装置进行实时监控，定时发射信号到编程控制系统和显示系统，编程控制系统根据信号的变化来决定是否需要对光源控制进行调整。
采用了本实用新型的技术方案，可以实现照明光谱的调整，实现生物照明要求的光谱照明。并且电磁感应灯寿命长，在寿命期间光衰十分小，而且不会担心发光物质和电极的相互作用，可靠性好。本实用新型的生物照明系统可以实现瞬时启动和再启动，频繁开关对系统的寿命没有影响。并且光强的线性调光，稳定性好。光源控制电路采用IC芯片驱动，可以实现动态调整。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (10)
1.一种生物照明系统，其特征在于，包括：
电磁感应灯；
灯具系统，输入和电磁感应灯的输出相连，将电磁感应灯的出射光集中到需要照明的生物空间；
辐射感应装置，连接到灯具系统的输出，获得瞬时的光谱和照度信息；
控制装置，连接到辐射感应装置，控制装置控制光照的信息，通过和预先编程设定的信息比对，动态地调控电磁感应灯的光照强度和光谱分布来消除环境变化的影响；
光源控制电路，连接到控制装置的输出，控制装置将动作指令提供给光源控制电路：光源控制电路的输出和电磁感应灯相连，控制电磁感应灯的光谱输出和强度控制。
2.如权利要求1所述的生物照明系统，其特征在于，还包括：
显示系统，连接辐射感应装置，显示光照的信息。
3.如权利要求2所述的生物照明系统，其特征在于，所述电磁感应灯使用单一光源或不同光谱的光源组合来实现不同的生物照明要求。
4.如权利要求2所述的生物照明系统，其特征在于，所述的控制装置具有调整光谱输出和光照强度的电路，以及可以设定光照时间节律和工作频率的电路。
5.如权利要求4所述的生物照明系统，其特征在于，所述控制装置包括单片机，以及集成电路芯片。
6.按权利要求2所述的生物照明系统，其特征在于，所述辐射感应装置具有光照强度探测模块和光谱分布探测模块，探测得到信号输出到控制装置以动态调整照明环境。
7.如权利要求2所述的生物照明系统，其特征在于，所述光源控制电路包括调光电路，可实现电磁感应灯的可重复性调光。
8.如权利要求7所述的生物照明系统，其特征在于，所述调光电路包括调频电路或者调压电路。
9.如权利要求8所述的生物照明系统，其特征在于，所述调频电路包括一电子镇流器逆变控制芯片，该芯片连接一可变电阻，通过可变电阻阻值的变化改变该芯片输出的驱动信号的频率，该驱动信号驱动所述电磁感应灯。
10.如权利要求8所述的生物照明系统，其特征在于，所述调压电路包括一电子镇流器功率因素校正芯片，该芯片连接一可变电阻，通过可变电阻阻值的变化改变该芯片输出的电压的幅值，该电压驱动所述电磁感应灯。
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