RU2554982C2

RU2554982C2 - Method for energy-saving pulse radiation of plants and device for its implementation

Info

Publication number: RU2554982C2
Application number: RU2013130425/13A
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Ракутько; Алексей Эдуардович Пацуков
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-07-10
Also published as: RU2013130425A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: method for energy-saving pulse radiation of plants includes action on plants by optical radiation flux, which is received by switching on groups of light-emitting diodes with different radiation spectrum, regulation of pulse parameters, regulation of pulse phase angle in each group of diodes. Pulses of optical radiation flux are formed notwithstanding groups of light-emitting diodes. Energy consumed by light-emitting diodes and productivity of radiated plants are measured, energy/output ratio of the radiation process is defined as ratio of power to productivity. Pulse parameters are regulated so that energy/output ratio has minimum value. The device for method implementation comprises a body, groups of light-emitting diodes with different radiation spectrum, voltage converter, control unit, pulse generators, regulators of pulse parameters, which include setters of periodicity, amplitude and duration, sensor of radiated plants productivity and a computing machine. Pulse generators and regulators of pulse parameters with additional phase angle setters are included into each group of light-emitting diodes.

EFFECT: usage of this group of inventions allows energy saving at pulse radiation of plants and expansion of potential regulation for pulse radiation parameters.

4 cl

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к растениеводству в условиях защищенного грунта, в частности к светокультуре растений, и может быть использовано в селекционных климатических сооружениях, где требования к параметрам режима облучения наиболее высокие.The invention relates to agriculture, to crop production in a protected ground, in particular to photoculture of plants, and can be used in breeding climatic structures, where the requirements for the parameters of the irradiation regime are highest.

Важнейшим параметром режима облучения является спектральный состав потока оптического излучения (ОИ) и его динамика на протяжении всего срока выращивания растений.The most important parameter of the irradiation regime is the spectral composition of the optical radiation flux (OI) and its dynamics throughout the entire period of plant growth.

Известен способ импульсного облучения растений, при котором энергию потока ОИ периодически подают на растения, применяя для этого концентраторы и обтюраторы [Шахов А.А. Теоретические аспекты преобразования световой энергии в импульсном режиме / В сб. Светоимпульсная стимуляция растений. Под. ред. Шахова А.А. - М.: Наука, 1971 г. - 368 с.].A known method of pulsed irradiation of plants, in which the energy of the flow of OI periodically fed to plants, using concentrators and shutters [Shakhov A.A. Theoretical aspects of the conversion of light energy in pulsed mode / V sb. Light pulse stimulation of plants. Under. ed. Shakhova A.A. - M.: Science, 1971 - 368 p.].

Такое техническое решение не приводит к снижению затрат энергии и не обеспечивает регулирование спектрального состава потока ОИ.Such a technical solution does not lead to lower energy costs and does not provide regulation of the spectral composition of the OI stream.

Наиболее близким техническим решением является способ, заключающийся в следующем: воздействуют на растения потоком ОИ, поток ОИ необходимого спектрального состава получают включением групп светодиодов с различным спектром излучения, регулируют параметры импульсов: периодичность, амплитуду и продолжительность, импульсы потока ОИ с заданным спектром и заданными параметрами формируют общими для всех групп светодиодов коммутацией выключателя, расположенного в общей части цепи питания групп светодиодов.The closest technical solution is the method, which consists in the following: they act on the plants by the OI stream, the OI stream of the required spectral composition is obtained by switching on the groups of LEDs with different emission spectra, the pulse parameters are regulated: frequency, amplitude and duration, the OI stream pulses with a given spectrum and given parameters form common to all groups of LEDs by switching a switch located in the common part of the power circuit of the groups of LEDs.

Устройство для реализации данного способа содержит корпус, группы светодиодов с различным спектром излучения, преобразователь напряжения, блок управления, формирователи импульсов, регулятор параметров импульсов, в состав которого включены задатчики периодичности, амплитуды и продолжительности, причем регулятор параметров импульсов выполнен общим для всех групп светодиодов, формирователь импульсов выполнен в виде выключателя, установленного в цепи питания светодиодов между общим минусовым выходом и блоком управления [Пат. РФ №2326525. Светоимпульсный осветитель (варианты) и способ светоимпульсного освещения растений / Марков В.Н. - Заявка №2006117847/11. Опубл. 20.06.2008].A device for implementing this method comprises a housing, groups of LEDs with a different emission spectrum, a voltage converter, a control unit, pulse shapers, a pulse parameter controller, which includes frequency, amplitude and duration adjusters, and the pulse parameter controller is common for all groups of LEDs, the pulse shaper is made in the form of a switch installed in the power supply circuit of the LEDs between the common negative output and the control unit [Pat. RF №2326525. Light-pulse illuminator (options) and method of light-pulse illumination of plants / Markov V.N. - Application No. 2006117847/11. Publ. 06/20/2008].

Недостатками известного технического решения являются отсутствие возможности обеспечения максимального энергосбережения при облучении растений и недостаточно широкие возможности регулирования параметров импульсного облучения.The disadvantages of the known technical solutions are the lack of the ability to provide maximum energy saving during plant irradiation and the insufficiently wide possibilities for regulating the parameters of pulsed irradiation.

Задача изобретения заключается в обеспечении энергосбережения при импульсном облучении растений и расширении возможностей регулирования параметров импульсного облучения.The objective of the invention is to provide energy saving during pulsed irradiation of plants and to expand the ability to control parameters of pulsed irradiation.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе энергосберегающего импульсного облучения растений воздействуют на растения потоком ОИ, поток ОИ необходимого спектрального состава получают включением групп светодиодов с различным спектром излучения, регулируют параметры импульсов: периодичность, амплитуду и продолжительность, дополнительно регулируют фазовый угол импульсов в каждой группе светодиодов, импульсы потока ОИ с заданными параметрами формируют независимо для различных групп светодиодов, измеряют потребляемую светодиодами электрическую энергию, измеряют показатель продуктивности облучаемых растений, определяют величину энергоемкости процесса облучения как отношение измеренной мощности к продуктивности, регулируют параметры импульсов таким образом, что бы величина энергоемкости принимала минимальное значение. В качестве показателя продуктивности облучаемых растений принимают интенсивность фотосинтеза.The problem is solved due to the fact that in the method of energy-saving pulsed irradiation of plants, plants are exposed to a stream of OI, the stream of OI of the required spectral composition is obtained by switching on the groups of LEDs with different emission spectra, the pulse parameters are regulated: frequency, amplitude and duration, the phase angle of the pulses is additionally adjusted in for each group of LEDs, impulses of the OI stream with given parameters are formed independently for different groups of LEDs, the consumed light is measured todiodami electrical energy, measured productivity index of the irradiated plants, determine the amount of irradiation energy intensity of the process as the ratio of the measured power to the productivity of pulse parameters is adjusted so that the power consumption value to a minimum value. The intensity of photosynthesis is taken as an indicator of the productivity of irradiated plants.

Устройство для реализации данного способа содержит корпус, группы светодиодов с различным спектром излучения, преобразователь напряжения, блок управления, формирователи импульсов, регуляторы параметров импульсов, в состав которых включены задатчики периодичности, амплитуды и продолжительности, датчик продуктивности облучаемых растений и вычислитель, причем формирователи импульсов и регуляторы параметров импульсов, в составе которых дополнительно содержатся задатчики фазового угла, включены в каждую группу светодиодов, выход датчика продуктивности облучаемых растений соединен с входом вычислителя, выходы вычислителя соединены с входами регуляторов параметров импульсов, выходы которых через блок управления соединены с формирователями импульсов.A device for implementing this method comprises a housing, groups of LEDs with a different emission spectrum, a voltage converter, a control unit, pulse shapers, pulse parameter controllers, which include frequency, amplitude and duration adjusters, an irradiated plant productivity sensor and a calculator, and pulse shapers and pulse parameter controllers, which additionally contain phase angle adjusters, are included in each group of LEDs, sensor output As the productivity of irradiated plants is connected to the input of the calculator, the outputs of the calculator are connected to the inputs of the pulse parameter regulators, the outputs of which are connected to pulse shapers through the control unit.

При этом используют три группы светодиодов, излучающих соответственно в синем (400…500 нм), зеленом (500…600 нм) и красном (600…700 нм) спектральных интервалах диапазона ОИ.In this case, three groups of LEDs are used, emitting, respectively, in the blue (400 ... 500 nm), green (500 ... 600 nm) and red (600 ... 700 nm) spectral ranges of the OI range.

Новые существенные признаки способа: дополнительно регулируют фазовый угол импульсов в каждой группе светодиодов, импульсы потока ОИ с заданными параметрами формируют независимо для различных групп светодиодов, измеряют потребляемую светодиодами электрическую энергию, измеряют показатель продуктивности облучаемых растений, определяют величину энергоемкости процесса облучения как отношение измеренной мощности к продуктивности, регулируют параметры импульсов таким образом, чтобы величина энергоемкости принимала минимальное значение. В качестве показателя продуктивности облучаемых растений принимают интенсивность фотосинтеза.Significant new features of the method: they additionally adjust the phase angle of the pulses in each group of LEDs, the pulses of the OI stream with the given parameters are independently formed for different groups of LEDs, the electrical energy consumed by the LEDs is measured, the productivity index of the irradiated plants is measured, the energy intensity of the irradiation process is determined as the ratio of the measured power to productivity, adjust the parameters of the pulses so that the energy intensity takes the minimum value of. The intensity of photosynthesis is taken as an indicator of the productivity of irradiated plants.

Новые существенные признаки устройства: наличие датчика продуктивности облучаемых растений и вычислителя, причем формирователи импульсов и регуляторы параметров импульсов, в составе которых дополнительно содержатся задатчики фазового угла, включены в каждую группу светодиодов, выход датчика продуктивности облучаемых растений соединен с входом вычислителя, выходы вычислителя соединены с входами регуляторов параметров импульсов, выходы которых через блок управления соединены с формирователями импульсов. При этом используют три группы светодиодов, излучающих соответственно в синем (400…500 нм), зеленом (500…600 нм) и красном (600…700 нм) спектральных интервалах диапазона ОИ.New significant features of the device: the presence of a productivity sensor of irradiated plants and a computer, and pulse shapers and pulse parameter controllers, which also contain phase angle adjusters, are included in each group of LEDs, the output of the plant productivity sensor is connected to the input of the computer, and the outputs of the computer are connected to inputs of pulse parameter controllers, the outputs of which are connected to pulse shapers via a control unit. In this case, three groups of LEDs are used, emitting, respectively, in the blue (400 ... 500 nm), green (500 ... 600 nm) and red (600 ... 700 nm) spectral ranges of the OI range.

Перечисленные новые существенные признаки способа и устройства для его реализации в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.These new significant features of the method and device for its implementation in conjunction with the known ones allow to obtain a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления образуют единый изобретательский замысел, суть которого заключается в дополнительно введенном управлении режимом импульсного облучения и достижения энергосбережения на этой основе. Устройство отличается от известных наличием дополнительно введенных блоков и соответствующих функциональных связей, обеспечивающих энергосбережение при облучении растений и расширении возможностей регулирования параметров режима облучения.The proposed method and device for its implementation form a single inventive concept, the essence of which is the additionally introduced control of the pulsed irradiation mode and achieving energy conservation on this basis. The device differs from the known ones by the presence of additionally introduced blocks and corresponding functional connections providing energy saving during plant irradiation and expanding the possibilities of regulating the parameters of the irradiation mode.

Возможность использования предлагаемого способа и устройства в сельском хозяйстве, известность средств и методов, с помощью которых возможно осуществление изобретения в описанном виде, позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «промышленная применимость».The possibility of using the proposed method and device in agriculture, the popularity of the means and methods by which it is possible to carry out the invention in the described form, allows us to conclude that it meets the criterion of "industrial applicability".

Анализ уровня техники не выявил техническое решение, которому присущи все признаки изобретения, выраженного формулой, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».The analysis of the prior art did not reveal a technical solution that is characterized by all the features of the invention, expressed by the formula, which indicates that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

Влияние импульсного облучения на продуктивность растений известно. Оно сводится к следующему эффекту: вместо непрерывного облучения растений достаточен импульс потока, чтобы запустить в растении механизмы и реакции, ответственные за продукционный процесс. Зависимость потребляемой энергии от параметров импульсов также известна. Энергия потока импульсов определяется интегралом под осциллограммой импульсов. В изобретении используется новый эффект: регулирование фазового угла импульсов для групп светодиодов (совместно с изменением их других параметров) приводит к дополнительным пульсациям потока с периодом, определяемым соотношением периодов импульсов в отдельных группах, что влияет на продуктивность растений и оказывает влияние на достижение основного технического результата. Использование этого эффекта не известно из уровня техники.The effect of pulsed irradiation on plant productivity is known. It boils down to the following effect: instead of continuous irradiation of plants, a flow impulse is sufficient to start the mechanisms and reactions responsible for the production process in the plant. The dependence of energy consumption on pulse parameters is also known. The energy of the pulse flow is determined by the integral under the waveform of the pulses. A new effect is used in the invention: adjusting the phase angle of pulses for LED groups (together with changing their other parameters) leads to additional flow pulsations with a period determined by the ratio of pulse periods in individual groups, which affects plant productivity and affects the achievement of the main technical result . The use of this effect is not known in the art.

Предлагаемое изобретение соответствует условию изобретательского уровня, т.к. основано на дополнении известного способа импульсного облучения регулировкой известного параметра импульсов - фазового угла, при этом достигается неожиданный технический результат, обусловленный взаимосвязью дополнительных и известных действий, производимых над материальными объектами в способе и совокупностью дополнительно введенных блоков и соответствующих функциональных связей в устройстве.The present invention meets the condition of an inventive step, because based on the addition of the known method of pulsed irradiation by adjusting the known parameter of the pulses — the phase angle — an unexpected technical result is achieved due to the interrelation of additional and known actions performed on material objects in the method and the totality of additionally introduced blocks and corresponding functional connections in the device.

В основе изобретения лежат следующие положения.The invention is based on the following provisions.

В настоящее время в соответствии с действующими в отрасли методиками спектральный состав излучения характеризуется соотношением интенсивности излучения трех спектральных диапазонов k_i, % : синего k_син (400…500 нм), зеленого k_зел (500…600 нм) и красного k_кр (600…700 нм). Для некоторых светокультур найдены спектральные соотношения

, обеспечивающие наилучшие результаты. Например: для огурца -

, для томата -

[Прикупец, Л.Б. Оптимизация спектра излучения при выращивании овощей в условиях интенсивной светокультуры / Л.Б. Прикупец, А.А. Тихомиров // Светотехника. - 1992. - No 3. - С.5-7.]. Энергосбережние обеспечивается при приближении спектрального состава потока излучения к указанным спектральным долям.Currently, in accordance with the spectral composition of the radiation in the sector existing techniques is characterized by the ratio of the emission intensity of the three spectral bands k _i,%: blue k _syn (400 ... 500 nm), green k _zel (500 ... 600 nm) and red k _cr (600 ... 700 nm). Spectral relations were found for some light cultures

providing the best results. For example: for a cucumber -

for tomato

[Merchant, L.B. Optimization of the spectrum of radiation when growing vegetables in conditions of intense light culture / LB Prikupets, A.A. Tikhomirov // Lighting Engineering. - 1992. - No 3. - C.5-7.]. Energy saving is ensured when the spectral composition of the radiation flux approaches the indicated spectral fractions.

Дополнительной возможностью повышения энергоэффективности процесса облучения является применение импульсного режима облучения.An additional opportunity to increase the energy efficiency of the irradiation process is the use of a pulsed irradiation mode.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для импульсного облучения растений: 1 - преобразователь напряжения, 2 - группы светодиодов с различным спектром излучения (2с - синим Ф_с, 2з - зеленым Ф_з, 2к - красным Ф_к), 3 - формирователи импульсов (3с - синего, 3з - зеленого, 3к - красного), 4 - блок управления, 5 - регуляторы параметров импульсов (5с - синего, 5з - зеленого, 5к - красного), 6 - задатчики периодичности импульсов Т (6с - синего, 6з - зеленого, 6к - красного), 7 - задатчики амплитуды импульсов А (7с - синего, 7з - зеленого, 7к - красного), 8 - задатчики продолжительности импульсов t (8с - синего, 8з - зеленого, 8к - красного), 9 - задатчики фазового угла импульсов α (9с - синего, 9з - зеленого, 9к - красного), 10 - вычислитель, 11 - датчик продуктивности растений, 12 - облучаемые растения.Figure 1 shows a block diagram of a device for pulsed irradiation of plants: 1 - voltage converter, 2 - groups of LEDs with a different emission spectrum (2c - blue F _s , 2z - green F _s , 2k - red F _k ), 3 - shapers pulses (3s - blue, 3s - green, 3k - red), 4 - control unit, 5 - pulse parameter controllers (5s - blue, 5z - green, 5k - red), 6 - pulse frequency adjusters T (6s - blue, 6z - green, 6k - red), 7 - pulse amplitude adjusters A (7s - blue, 7z - green, 7k - red), 8 - continuer pulses t (8с - blue, 8з - green, 8к - red), 9 - phase angle angle adjusters α (9с - blue, 9з - green, 9к - red), 10 - calculator, 11 - plant productivity sensor, 12 - irradiated plants.

На фиг.2 на трех верхних осциллограммах показаны параметры импульсов: зависимости периода импульсов синего Т_с, зеленого Т_з и красного Т_к, амплитуды импульсов синего А_с, зеленого А_з и красного А_к спектра, продолжительности импульсов синего t_с, зеленого t_з и красного t_к спектра, фазового угла импульсов синего α_с, зеленого α_з и красного α_к спектральных интервалов от времени τ. На нижней осциллограмме показан вид импульсов суммарного потока Ф_Σ от трех групп светодиодов.Figure 2 on the three upper oscillograms shows the parameters of the pulses: the dependence of the period of the pulses of blue T _s , green T _s and red T _to , the amplitude of the pulses of blue A _s , green A _s and red A _{to the} spectrum, the duration of the pulses of blue t _s , green t _h and red t _{to the} spectrum, the phase angle of the pulses of blue α _s , green α _s and red α _{to the} spectral intervals of time τ. The lower oscillogram shows the type of pulses of the total flux Ф _Σ from three groups of LEDs.

На фиг.3 показаны зависимость Q=ƒ(X) потребляемой светодиодами электрической энергии Q от параметра импульсов X (в качестве которого могут выступать как указанные параметры импульсов отдельно, так и их комбинации), зависимость Р=ƒ(X) продуктивности облучаемых растений P от параметра импульсов X, зависимость ε=ƒ(X) энергоемкости ε процесса облучения растений от параметра импульсов Х. Точка «B» соответствует режиму облучения, характеризуемому величиной параметра X_опт, при котором энергоемкость процесса облучения минимальна, т.е. обеспечивается энергосберегающий режим импульсного облучения.Figure 3 shows the dependence Q = ƒ (X) of the electric energy Q consumed by the LEDs on the pulse parameter X (which can be either the indicated pulse parameters separately or their combinations), the dependence P = ƒ (X) of the productivity of the irradiated plants P on the parameter of pulses X, the dependence ε = ƒ (X) of the energy intensity ε of the process of plant irradiation on the parameter of pulses X. Point “B” corresponds to the irradiation mode, characterized by the value of the parameter X _opt , at which the energy intensity of the irradiation process is minimal, i.e. An energy-saving pulse irradiation mode is provided.

Способ ведут следующим образом. Воздействуют на растения потоком ОИ, поток ОИ необходимого спектрального состава получают включением групп светодиодов с различным спектром излучения, регулируют параметры импульсов: периодичность, амплитуду, продолжительность и фазовый угол импульсов в каждой группе светодиодов, импульсы потока ОИ с заданными параметрами формируют независимо для различных групп светодиодов, измеряют потребляемую светодиодами электрическую энергию Q, измеряют показатель продуктивности облучаемых растений P, определяют величину энергоемкости процесса облучения по формуле ε=P/Q, регулируют параметры импульсов таким образом, чтобы величина энергоемкости принимала минимальное значение. В качестве показателя продуктивности облучаемых растений принимают интенсивность фотосинтеза.The method is as follows. They act on the plants by the OI flux, the OI flux of the required spectral composition is obtained by switching on the groups of LEDs with different emission spectra, the pulse parameters are regulated: the frequency, amplitude, duration and phase angle of the pulses in each group of LEDs, the OI flux pulses with the given parameters are formed independently for different groups of LEDs , measure the electrical energy Q consumed by the LEDs, measure the productivity index of the irradiated plants P, determine the energy intensity of the process irradiation frequency according to the formula ε = P / Q, control the parameters of the pulses so that the energy intensity takes a minimum value. The intensity of photosynthesis is taken as an indicator of the productivity of irradiated plants.

Устройство состоит из преобразователя напряжения 1, групп светодиодов с различным спектром излучения (2с - синим, 2з - зеленым, 2к - красным), размещенных в корпусе (на фиг.1 корпус не показан), формирователей импульсов (3с - синего, 3з - зеленого, 3к - красного), блока управления 4, регуляторов параметров импульсов (5с - синего, 5з - зеленого, 5к - красного), задатчиков периодичности импульсов (6с - синего, 6з - зеленого, 6к - красного), задатчиков амплитуды импульсов (7с - синего, 7з - зеленого, 7к - красного), задатчиков продолжительности импульсов (8с - синего, 8з - зеленого, 8к - красного), задатчиков фазового угла импульсов (9с - синего, 9з - зеленого, 9к - красного), вычислителя 10, датчика продуктивности растений 11.The device consists of a voltage converter 1, groups of LEDs with a different emission spectrum (2s - blue, 2s - green, 2k - red), placed in the case (not shown in Fig. 1), pulse shapers (3s - blue, 3z - green , 3k - red), control unit 4, pulse parameter controllers (5s - blue, 5z - green, 5k - red), pulse frequency adjusters (6s - blue, 6z - green, 6k - red), pulse amplitude adjusters (7s - blue, 7z - green, 7k - red), pulse width adjusters (8s - blue, 8z - z lenogo, 8k - red) phase pulse angle setting devices (9c - blue, 9z - green, 9k - red), the calculator 10, the sensor 11 of plant productivity.

Формирователи импульсов 3, регуляторы параметров импульсов 5 включены в каждую группу светодиодов 2, выход датчика продуктивности 11 облучаемых растений соединен с входом вычислителя 10, выходы которого соединены с входами регуляторов параметров импульсов 5, выходы которых через блок управления 4 соединены с формирователями импульсов 3.Pulse shapers 3, pulse parameter controllers 5 are included in each group of LEDs 2, the output of the productivity sensor 11 of the irradiated plants is connected to the input of the computer 10, the outputs of which are connected to the inputs of the pulse parameter controllers 5, the outputs of which are connected to pulse shapers 3 through the control unit 4.

Устройство работает следующим образом. Преобразователь напряжения 1 обеспечивает условия электрического питания групп светодиодов 2 и других блоков устройства. С помощью задатчиков 6, 7, 8 и 9 устанавливают значения параметров импульсов - соответственно их периодичность, амплитуду, продолжительность и фазовый угол. В общем случае значения параметров устанавливают различными для трех групп светодиодов 2с, 2з и 2к. Блок управления 4 через формирователи 3 подает импульсы питающего напряжения на группы светодиодов с различным спектром, которые генерируют импульсы потока излучения в синем Ф_с, зеленом Ф_з и красном Ф_к спектральных интервалах. Суммарный поток излучения Ф_Σ, действующий на растения, вызывает в них фотореакции, формирующие процесс фотосинтеза, идет анаболический процесс, приводящий к росту растений с выделением кислорода. Во время темновых пауз имеет место биологический отдых растения с выделением углекислого газа. Для получения оптимального уровня метаболических процессов (характеризуемого продуктивностью P) на разной стадии развития растений необходимо изменять параметры импульсов - их периодичность, амплитуду, продолжительность и фазовый угол. Эту регулировку производят вручную соответственно задатчиками 6, 7, 8 и 9 или по определенной программе через вычислитель 10. Блок управления 4 изменяет величину тока, потребляемого светодиодами 2, что приводит к изменению затрачиваемой на облучение растений электрической энергии Q. Индивидуальный спектральный состав излучения изменяют путем воздействия отдельных регуляторов 5 на те или иные группы светодиодов 2. Таким образом, можно опытным путем определить, а затем и формировать оптимальные значения параметров импульсов, времени облучения, спектрального состава для обеспечения максимального энергосбережения при облучении данного вида растений.The device operates as follows. The voltage Converter 1 provides the conditions for electrical power groups of LEDs 2 and other units of the device. Using the adjusters 6, 7, 8, and 9, the values of the parameters of the pulses are set — their periodicity, amplitude, duration, and phase angle, respectively. In the general case, the parameter values are set different for the three groups of LEDs 2c, 2c, and 2k. The control unit 4 through the shapers 3 delivers pulses of the supply voltage to the group of LEDs with a different spectrum, which generate pulses of the radiation flux in blue f _s , green f _s and red f _{to the} spectral intervals. The total flux of radiation Ф _Σ acting on plants induces photoreactions in them, which form the process of photosynthesis, and an anabolic process is taking place that leads to the growth of plants with oxygen evolution. During dark pauses, biological relaxation of the plant takes place with the release of carbon dioxide. To obtain the optimal level of metabolic processes (characterized by productivity P) at different stages of plant development, it is necessary to change the parameters of the pulses - their frequency, amplitude, duration and phase angle. This adjustment is done manually by adjusters 6, 7, 8, and 9, respectively, or by a specific program through the calculator 10. The control unit 4 changes the amount of current consumed by the LEDs 2, which leads to a change in the electrical energy Q spent on irradiating the plants. the impact of individual regulators 5 on certain groups of LEDs 2. Thus, it is possible to experimentally determine and then form the optimal values of the parameters of the pulses, the exposure time , Spectral composition to ensure maximum energy savings during irradiation of the plant species.

Пример 1. Способ ведут при сочетаниях отдельных параметров импульсов, показанных на трех верхних осциллограммах фиг.2 для каждой группы светодиодов. На нижней осциллограмме показан суммарный поток от трех групп светодиодов. Возникающая последовательность импульсов потока Ф_Σ с периодом, кратным Т_c, Т_з и Т_к, имеет в своем составе импульсы с амплитудой А_max, что дополнительно влияет на продуктивность растений. Форма импульсов суммарного потока определяется параметрами импульсов в отдельных группах светодиодов, в том числе и величинами фазовых углов.Example 1. The method is carried out with combinations of individual parameters of the pulses shown in the three upper oscillograms of figure 2 for each group of LEDs. The bottom oscillogram shows the total flux from three groups of LEDs. The resulting sequence of flow pulses Φ _Σ with a period multiple of T _c , T _s and T _k includes pulses with an amplitude A _max , which additionally affects plant productivity. The shape of the pulses of the total flow is determined by the parameters of the pulses in individual groups of LEDs, including the values of the phase angles.

Пример 2. В результате предварительных экспериментов или непосредственно в процессе выращивания растений получена зависимость потребляемой светодиодами электрической энергии Q от параметра импульсов X, в качестве которого принята комбинация параметров импульсов, вычисляемая как произведение продолжительности совпадающей по времени части импульсов синего и зеленого спектральных интервалов на их суммарную амплитуду, т.е. X=(α_з-α_с+t_з)(A_с+A_з). Увеличение значения данного параметра требует увеличения потребляемой энергии. В общем случае данная зависимость нелинейна и отображена кривой Q=f(X) на фиг.3.Example 2. As a result of preliminary experiments or directly in the process of growing plants, the dependence of the electric energy consumed by the LEDs Q on the pulse parameter X is obtained, which is taken as a combination of pulse parameters, calculated as the product of the duration of the part of the blue and green spectral intervals coinciding in time with their total amplitude, i.e. X = (α _s -α _s + t _s ) (A _s + A _s ). Increasing the value of this parameter requires an increase in energy consumption. In the General case, this dependence is non-linear and is displayed by the curve Q = f (X) in figure 3.

Для отдельных значений параметра Х получены значения продуктивности облучаемых растений Р с помощью датчика фотосинтеза в виде кривой Р=f(X) на фиг.3. Данная зависимость в общем случае нелинейна и отражает общие закономерности энергетического воздействия на биологические объекты, каковыми являются облучаемые растения.For individual values of the parameter X, the productivity values of the irradiated plants P were obtained using the photosynthesis sensor in the form of a curve P = f (X) in Fig. 3. This dependence is generally non-linear and reflects the general laws of energy impact on biological objects, such as irradiated plants.

Для тех же значений параметра Х определены величины энергоемкости ε процесса облучения по формуле ε=P/Q, которые отображены в виде кривой ε=f(X) на фиг.3. На данной кривой определяют точку, соответствующую режиму импульсного облучения, при котором энергоемкость процесса облучения минимальна, т.е. обеспечивается энергосберегающий режим импульсного облучения. На фиг.3 это точка «В». Определяют соответствующее ей значение параметра Х_опт, задают соответствующие значения параметров импульсов для облучения, обеспечивая тем самым наибольшее энергосбережение.For the same values of the parameter X, the energy intensity ε of the irradiation process is determined by the formula ε = P / Q, which are displayed as the curve ε = f (X) in FIG. 3. On this curve, a point corresponding to the pulsed irradiation mode is determined at which the energy intensity of the irradiation process is minimal, i.e. An energy-saving pulse irradiation mode is provided. In figure 3, this is point "B". The corresponding value of the parameter X _opt is determined, the corresponding values of the parameters of the pulses for irradiation are set, thereby providing the greatest energy savings.

Применение данного изобретения в селекционных климатических сооружениях позволит выявить влияние периода, амплитуды, продолжительности и фазового угла импульсов отдельных спектральных интервалов на продуктивность растений. Применение изобретения в практике растениеводства защищенного грунта позволит задавать наиболее оптимальное сочетание параметров импульсного облучения растений, обеспечивающее наибольшее энергосбережение.The use of this invention in breeding climatic structures will reveal the influence of the period, amplitude, duration and phase angle of the pulses of individual spectral intervals on plant productivity. The application of the invention in the practice of plant growing of protected soil will allow you to set the most optimal combination of parameters of pulsed irradiation of plants, providing the greatest energy savings.

Claims

1. The method of energy-saving pulsed irradiation of plants, which consists in the fact that they influence the plants with a stream of optical radiation, the flow of the necessary spectral composition is obtained by switching on the groups of LEDs with different emission spectra, the parameters of the pulses are regulated: frequency, amplitude and duration, characterized in that the phase the angle of the pulses in each group of LEDs, the pulses of the optical radiation flux with the given parameters form independently for different groups of LEDs diodes, measure the electrical energy consumed by the LEDs, measure the productivity of irradiated plants, determine the energy intensity of the irradiation process as the ratio of the measured power to productivity, adjust the pulse parameters so that the energy intensity takes a minimum value.

2. The method according to claim 1, characterized in that as an indicator of the productivity of the irradiated plants take the intensity of photosynthesis.

3. The device for implementing the method according to claim 1, comprising a housing, groups of LEDs with a different emission spectrum, a voltage converter, a control unit, pulse shapers, pulse parameter controllers, which include frequency, amplitude and duration adjusters, characterized in that contains a productivity sensor of irradiated plants and a computer, and pulse shapers and pulse parameter controllers, which additionally contain phase angle adjusters, including are connected to each group of LEDs, the output of the productivity sensor of the irradiated plants is connected to the input of the computer, the outputs of the computer are connected to the inputs of the pulse parameter regulators, the outputs of which are connected to pulse shapers through the control unit.

4. The device according to claim 3, characterized in that three groups of LEDs are used, emitting respectively in blue 400 ... 500 nm, green 500 ... 600 nm and red 600 ... 700 nm spectral ranges of the optical radiation range.