Изобретение относится к светотехнике, в частности к способам искусственного светоимпульсного освещения растений, выращиваемых в закрытых помещениях, например, в условиях теплиц.
Известен способ и устройство светоимпульсного освещения растений, в котором используются лазерные облучатели с длиной волны 500-530 нм. См., например, патент РФ № 2171028, МПК А01G 9/26 «Способ обработки черенков роз», опубл. 27.07.2001 г., в БИ № 21.
Способ позволяет ускорить процесс роста черенков роз.
Недостаток известного светоимпульсного освещения заключается в том, что он имеет ограниченное применение, в частности, исключительно для выращивания определенного вида роз. Кроме того, для осуществления известного способа требуется специальная, сложная дорогостоящая аппаратура. Для настройки лазерного осветителя требуется высококвалифицированный специалист и большие затраты времени. Срок службы лазеров невелик и составляет, в среднем, 1500-2000 часов. Регулировать с его помощью ширину импульсов или спектральный состав излучения невозможно.
Более близким по технической сущности и, принятым за прототип, является способ последовательного воздействия на растения импульсным световым потоком и устройство светоимпульсного освещения растений, в котором импульсы светового потока формируют в виде электрических разрядов с помощью искровых разрядников. (См., например, патент РФ № 2262834 МПК А01G 7/04 "Способ светоимпульсной обработки растений").
Известное устройство содержит поверхность с растениями, источник питания, преобразователь напряжения, блок управления, корпус с источниками света и формирователь импульсов света.
Известное техническое решение более универсально, однако, оно также не лишено недостатков. В частности, для его реализации необходим специальный разрядник. Для получения импульсов света к разряднику требуется прикладывать высокие импульсы напряжения, что небезопасно. При работе разрядников создается мощное электромагнитное излучение, которое неблагоприятно сказывается на людях, приводит к сбоям работы электротехнических устройств и может сказаться на работе радиотехнической аппаратуры. Действие разрядника сопровождается грохотом, что вызывает нарекания персонала. Кроме того, регулировать с его помощью ширину импульсов или спектральный состав излучения невозможно. И, наконец, срок службы таких световых приборов невелик и ограничен определенным числом вспышек.
Известно, что отличающиеся по виду или климатическим особенностям растения требуют различных спектральных составляющих светового потока, времени экспозиции и интенсивности освещения. В зависимости от стадии развития, растениям также желательно изменять состав спектра излучения. Например, при завышенной синей части спектра, в большинстве растений чрезмерно развиваются стебли и листья, а для дальнейшей их вегетации может потребоваться добавка красной составляющей спектра излучения. Также важно для растений интенсивность излучения и протяженность экспозиции с учетом вида растения и стадии его развития. Особенно требовательны к качеству освещения некоторые виды кактусов и различные тропические растения.
Общая направленность авторегуляционных и адаптивных процессов растений устремлена к наиболее полному использованию в существующих условиях среды, приходящей к ним фотосинтезной энергии. Имеются данные, свидетельствующие о том, что, при определенной периодичности и продолжительности световых периодов и темновых пауз, обеспечивается оптимальная плотность возбужденного состояния фотоактивных молекул при которых растения растут, расцветают и плодоносят на максимальном уровне.
Темновые паузы дают возможность растениям освоить полученный ранее световой поток, осуществить необходимые метаболические процессы и подготовиться к восприятию нового светового воздействия. Таким образом, время темновых пауз сказывается на росте растений и это время необходимо регулировать.
Техническим результатом данного изобретения является формирование светоимпульсного воздействия на растения, в котором обеспечивается возможность широкого регулирования частоты, спектра излучения, амплитуды и скважности импульсов светового потока для получения максимальной продуктивности.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве светоимпульсного освещения растений, содержащем поверхность с растениями, преобразователь напряжения, блок управления, корпус с источниками света и формирователь импульсов света, согласно изобретению, в качестве источников света применены светодиоды с различным спектром излучения, вход блока управления связан с регулятором частоты импульсов, регулятором темновых пауз, регулятором спектра излучения и регулятором амплитуды световых импульсов, а формирователь импульсов выполнен в виде выключателя, установленного в цепи питания светодиодов между минусовым выходом и блоком управления.
В варианте технического решения светодиоды с различным спектром излучения распределены на группы, и каждая группа соединена с блоком управления через регулятор тока.
В варианте технического решения в устройстве светоимпульсного освещения растений, содержащем поверхность с растениями, преобразователь напряжения, блок управления, корпус с источниками света и формирователь импульсов света, согласно изобретению, корпус с источниками света выполнен в виде полосы, расположенной вдоль поверхности с растениями, источники света выполнены на светодиодах с различным спектром излучения, распределенных вдоль полосы, плоскость, проходящая через центральные оси световых потоков светодиодов, параллельна поверхности с растениями, формирователь импульсов выполнен в виде правильной призмы, грани, плоские рефлекторы которой покрыты светоотражающим слоем, вал призмы, расположенный на ее оси симметрии, снабжен электродвигателем, ось призмы параллельна поверхности с растениями и смещена в сторону, обратную этой поверхности так, что плоскость, пересекающая центральные оси световых потоков светодиодов попадает на грани призмы, расположенные ближе к поверхности с растениями, и сдвинута по отношению к оси симметрии этой поверхности таким образом, что при расположении соответствующей грани, находящейся в световом поле светодиодов, под углом в 45° к плоскости, проходящей через центральные оси световых потоков светодиодов, эта плоскость делит соответствующую грань пополам, а отраженный световой поток попадает на центральную часть поверхности с растениями.
В варианте технического решения блок управления содержит регулятор частоты вращения электродвигателя, регулятор частоты импульсов, выключатель светодиодов, датчик положения вала призмы, счетчик, электрически соединенный с датчиком положения вала, отсчитывающий количество, пересекающих центральные оси световых потоков, граней, регулятор спектра излучения и регулятор амплитуды импульсов светового потока.
В варианте технического решения формирователь импульсов содержит выключатель, установленный в цепи питания светодиодов между минусовым выходом и блоком управления.
В варианте технического решения светодиоды с различным спектром излучения распределены на группы, и каждая группа соединена с блоком управления через регулятор тока.
В варианте технического решения в устройстве светоимпульсного освещения растений, содержащем поверхность с растениями, преобразователь напряжения, блок управления, корпус с источниками света и формирователь импульсов света, согласно изобретению, поверхность с растениями представляет собой внутреннюю полость цилиндрической трубы, корпус с источниками света выполнен из нескольких полос, расположенных на равном расстоянии, с некоторым шагом, вдоль образующих поверхности с растениями, источники света выполнены на светодиодах, центральные оси световых потоков светодиодов направлены в сторону оси цилиндрической трубы и перпендикулярны к ней, формирователь импульсов выполнен в виде правильной призмы, установленной в центре цилиндрической трубы, вал призмы, расположенный на оси ее симметрии, снабжен электродвигателем, грани - плоские рефлекторы призмы - покрыты светоотражающим слоем.
В варианте технического решения блок управления содержит регулятор частоты вращения электродвигателя, регулятор частоты импульсов, выключатель светодиодов, датчик положения вала призмы, счетчик, электрически соединенный с датчиком положения вала, отсчитывающий количество, прошедших через полосу света, граней, регулятор спектра излучения и регулятор амплитуды импульсов светового потока.
В варианте технического решения формирователь импульсов содержит выключатель, установленный в цепи питания светодиодов между минусовым выходом и блоком управления.
В варианте технического решения светодиоды с различным спектром излучения распределены на группы, и каждая группа соединена с блоком управления через регулятор тока.
В варианте технического решения в устройстве светоимпульсного освещения растений, содержащем поверхность с растениями, преобразователь напряжения, блок управления, корпус с источниками света и формирователь импульсов света, согласно изобретению, поверхность с растениями представляет собой внутреннюю полость цилиндрической трубы, формирователь импульсов выполнен в виде правильной призмы, установленной в центре цилиндрической трубы, вал призмы, расположенный на оси ее симметрии, снабжен электродвигателем и кольцевым токосъемником, грани призмы покрыты светоотражающим слоем, корпус с источниками света выполнен из полос, расположенных на гранях призмы, источники света выполнены на светодиодах, центральные оси световых потоков светодиодов направлены в сторону поверхности с растениями и перпендикулярны к ней.
В варианте технического решения блок управления содержит регулятор частоты вращения электродвигателя, регулятор частоты импульсов, выключатель светодиодов, датчик положения вала призмы, счетчик, электрически соединенный с датчиком положения вала, отсчитывающий количество граней, умноженное на один оборот призмы, регулятор спектра излучения и регулятор амплитуды импульсов светового потока.
В варианте технического решения формирователь импульсов содержит выключатель, установленный в цепи питания светодиодов между минусовым выходом и блоком управления.
В варианте технического решения светодиоды с различным спектром излучения распределены на группы, и каждая группа соединена с блоком управления через регулятор тока.
В способе светоимпульсного воздействия на растения, согласно изобретению, светоимпульсное воздействие производят сканированием светового потока от установленных в ряд светодиодов с различным спектром излучения путем последовательного освещения участков поверхности с растениями.
В варианте способа сканирование производят отражением световых потоков светодиодов вращающимися плоскими рефлекторами, располагаемыми на общем валу, ось которого устанавливают параллельно поверхности с растениями.
В варианте технического решения рефлекторы располагают на гранях правильной призмы, ось с рефлекторами устанавливают параллельно плоскости, проходящей через центральные оси световых потоков светодиодов и смещают в сторону, обратную поверхности с растениями так, что плоскость, проходящая через центральные оси световых потоков светодиодов попадет на грани правильной призмы, расположенные ближе к поверхности с растениями, и сдвигают по отношению к оси симметрии этой поверхности так, чтобы при расположении соответствующей грани, находящейся в световом поле светодиодов, под углом в 45° к плоскости, проходящей через центральные оси световых потоков светодиодов, эта плоскость делила соответствующую грань пополам, а отраженный световой поток попадал на центральную часть поверхности с растениями.
В варианте технического решения поверхность с растениями выполняют в виде внутренней полости цилиндрической трубы, рефлекторы располагают на гранях правильной призмы, призму устанавливают на оси симметрии трубы, а корпус с источниками света выполняют из нескольких полос, и располагают их на равном расстоянии, с некоторым шагом, вдоль образующих поверхности с растениями, центральные оси световых потоков светодиодов направляют в сторону оси цилиндрической трубы.
В варианте технического решения спектральный состав излучения периодически изменяют.
В варианте технического решения светодиоды периодически выключают синхронизированно с положением вала рефлектора.
В варианте способа поверхность с растениями выполняют в виде внутренней полости цилиндрической трубы, источники света располагают вдоль граней правильной призмы, центральные оси световых потоков светодиодов направляют в сторону внутренней поверхности цилиндрической трубы и располагают призму на оси цилиндрической трубы.
Преимущества, получаемые в результате внедрения данного предложения:
1. Примененение светодиодов позволяет резко повысить срок службы и надежность работы устройства для светоимпульсного освещения.
2. Использование источников света с различным спектром излучения даст возможность периодически изменять цвет освещения, в соответствии со стадией развития растений, добиваясь повышения урожайности.
3. Появляется возможность регулировать в широких пределах частоту импульсов, продолжительность темновых пауз, суммарный спектр излучения и амплитуду светового потока, оптимизируя метаболические процессы в растениях, поскольку вход блока управления связан с регулятором частоты импульсов, регулятором темновых пауз, регулятором спектра излучения и регулятором амплитуды световых импульсов.
4. Выращивать растения можно круглосуточно, с минимальным потреблением электроэнергии.
5. Можно регулировать амплитуду светового потока и плавно изменять его спектральный состав, сообразуясь с потребностями растений, благодаря применению в способе и устройстве формирователя импульсов в виде вращающейся правильной призмы, грани которой путем сканирования отражают световой поток в сторону поверхности, на которой высажены растения.
6. При сканировании светового потока в несколько раз уменьшается число световых приборов и упрощается коммутационный узел, формирующий число импульсов.
7. Возможна регулировка в широком диапазоне времени темновых пауз между световыми импульсами, благодаря наличию выключателя светодиодов, счетчика, отсчитывающего количество прошедших через полосу света граней при сканировании лучей света с помощью призмы.
8. Обеспечивается более рациональное использование пространства теплиц и снижаются потери на обогрев и вентиляцию в варианте, когда высаживание растений производится на поверхности внутренней полости цилиндрической трубы. При этом сохраняются преимущества, показанные выше в пп.1-7.
9. Предложенные исполнения осветителя и способы сканирования позволяют растениеводам выбирать различные варианты в зависимости от условий и задач, связанных с выращиванием растений.
Заявленное изобретение иллюстрируется 13-ю фигурами.
На фиг.1 представлена конструкция (вид спереди) светоимпульсного светодиодного осветителя.
На фиг.2 показано расположение светодиодов на светящейся поверхности.
На фиг.3 изображена принципиальная электрическая схема светоимпульсного светодиодного осветителя, соответствующая конструкции, представленной на фиг.1, 2.
На фиг.4 имеется осциллограмма изменения светового потока (Ф) и характер интегрального изменения фотосинтетической активности восприятия оптической радиации (ФАР) растениями в зависимости от времени (t) при работе формирователя импульсов света.
На фиг.5 дан изометрический вид светоимпульсного светодиодного устройства с вращающейся призмой.
Фиг.6 демонстрирует фронтальную проекцию согласно фиг.5.
На фиг.7 изображена принципиальная электрическая схема светодиодного светоимпульсного осветителя с вращающейся призмой.
На фиг.8 нарисована осциллограмма изменения светового потока (Ф) и характер интегрального изменения ФАР растениями в зависимости от времени (t) при определенной частоте вращении призмы.
На фиг.9 представлен изометрический вид светоимпульсного осветителя с радиальным расположением рассады.
На фиг.10 имеется вид сверху соответствующий фиг.9.
На фиг.11 показан изометрический вид осветителя со светодиодами, расположенными на гранях призмы.
На фиг.12 дана вторая проекция фиг.11 (вид сверху).
На фиг.13 имеется вариант исполнения принципиальной электрической схемы применительно к осветителю, в котором светодиоды расположены на гранях вращающейся призмы.
Общие для всех фигур элементы обозначены одинаково.
Светоимпульсный осветитель растений устроен следующим образом.
Рассада растений 1 (фиг.1, 2) распределена на поверхности 2 прямоугольного в плане контейнера 3. Корпус 4 с источниками света представляет собой плоскую прямоугольную плату, установленную над поверхностью с рассадой на стойках 5. На плате несколькими рядами расположены источники света 6, выполненные на светодиодах. Центральные оси их световых потоков направлены перпендикулярно поверхности 2. Количество светодиодов зависит от требуемого светового потока и мощности каждого из них. Светодиоды имеют различный спектр излучения, преимущественно в красной и синей области и равномерно распределены по поверхности платы корпуса 4. Вся конструкция накрыта прозрачной крышкой 7.
Электрическая схема (фиг.3) состоит из блока электропитания и преобразователя напряжения 8 и блока управления 9. Вход блока управления 9 связан с регулятором частоты импульсов 10, регулятором темновых пауз 11 и регулятором спектра излучения 12. На вход блока управления подаются также сигналы от регулятора амплитуды 13 световых импульсов. Светодиоды 6 включены на выход блока управления по последовательно - параллельной схеме и имеют различный спектр излучения, например, синий 6с, красный 6к, зеленый 6з, желтый 6ж, оранжевый 6о и т.д. В состав источников света могут быть введены светодиоды с ультрафиолетовым и инфракрасным спектром излучения. Светодиоды каждого спектра излучения распределены по группам. Каждая группа светодиодов включена на отдельный регулятор тока, соответственно, 14с, 14к, 14з, 14ж, 14о и т.д. Между общим минусовым зажимом светодиодов и блоком управления 9 имеется общий выключатель светодиодов 15, срабатывающий по сигналам блока управления в соответствии с сигналами, поступающими от регулятора частоты импульсов 9 и регулятора темновых пауз 11.
Импульсы светового потока «Ф1» 16 в зависимости от времени «t» будут иметь вид, показанный на фиг.4. Частота появления импульсов зависит от уставки регулятора частоты импульсов 10, ширина импульса зависит от уставки регулятора темновых пауз 11. Характер интегрального изменения ФАР, в зависимости от времени t, будет иметь вид 17 последовательных нарастающих волн, с последующей установившейся их амплитудой.
В варианте технического решения устройство для светоимпульсного освещения растений выполнено следующим образом. На поверхности 2 (фиг.5, 6), прямоугольного в плане контейнера 3 высажены растения 1. Корпус 4 с источниками света 6 выполнен в виде узкой полосы, расположенной вдоль поверхности, на которой высажены растения и установлен на раздвижной стойке 5. Источники света представляют собой светодиоды с различным спектром излучения, распределенные вдоль полосы. Плоскость (на фиг. не показана), проходящая через центральные оси световых потоков светодиодов, параллельна поверхности 2. Формирователь импульсов изготовлен в виде вращающейся правильной призмы 18, грани 19 которой являются плоскими рефлекторами и покрыты светоотражающим слоем (на фиг. не обозначен). Общее количество граней должно быть больше или равно 6. Ось вала 20 призмы проходит по оси призмы, параллельна поверхности 2 и смещена в сторону, обратную поверхности 2, на которой высажены растения 1, с таким расчетом, чтобы плоскость, проходящая через оси центральных световых потоков светодиодов, попадала на нижние грани призмы. Ось вала 20 сдвинута также по отношению к оси симметрии поверхности 2 так, чтобы, при расположении плоскости соответствующей грани 19, находящейся в световом поле светодиодов 6, под углом в 45° к плоскости, проходящей через центральные оси световых потоков светодиодов, эта плоскость делила грань пополам. Отраженный световой поток, при этом, попадает на центральную часть поверхности 2. На валу 20 установлен электродвигатель 21 и датчик положения 22 вала призмы. Призма установлена на раздвижных стойках 23. Вся конструкция покрыта прозрачной крышкой 7.
Электрическая схема для управления устройством, представленным на фиг.5, 6, состоит из блока электропитания и преобразователя напряжения 8 (фиг.7), электродвигателя 21, включенного на блок управления 9, через регулятор частоты вращения 23. Сигнал от датчика 22 положения вала 20 поступает в блок управления 9 через счетчик 24, отсчитывающий количество прошедших через полосу света граней призмы 9. На выходе системы управления включены светодиоды 6, соединенные по последовательно-параллельной схеме. Светодиоды имеют различный спектр излучения, например, синий 6с, красный 6к, зеленый 6з, желтый 6ж, оранжевый 6о и т.д., равномерно распределенные вдоль полосы корпуса 4. В состав источников света могут быть введены светодиоды с ультрафиолетовым и инфракрасным спектром излучения. Светодиоды каждого спектра излучения распределены по группам. Каждая группа светодиодов включена на отдельный регулятор тока, соответственно, 14с, 14к, 14з, 14ж, 14о и т.д. На блок управления поступают сигналы от регулятора частоты импульсов 10, регулятора темновых пауз 11, регулятора интегрального спектра излучения 12 и регулятора амплитуды импульсов 13. Между блоком управления и минусовым зажимом (катодом) светодиодов 6 установлен общий выключатель 15.
Импульсы светового потока «Ф2» 25 в зависимости от времени «t» будут иметь вид, показанный на фиг.8 и их ширина зависит от частоты вращения призмы 18. Темновые паузы между импульсами определяются временем выключенного состояния светодиодов. Характер интегрального изменения ФАР, в зависимости от времени t, будет иметь вид 26 последовательных нарастающих волн, с последующей установившейся их амплитудой.
В варианте технического решения рассада 1 высаживается на поверхности 2' внутренней полости цилиндрической трубы 27 (фиг.9, 10), расположенной вертикально. Формирователь импульсов выполнен в виде правильной призмы 28, грани 29 которой являются плоскими рефлекторами и покрыты светоотражающим слоем (на фиг. не показаны). Вал (на фиг не показан) призмы 28 расположен на оси, по центру цилиндрической трубы 27. Длина призмы 28 несколько меньше высоты цилиндрической трубы и должна быть равна образующей внутренней поверхности 2', на которой высажены растения 1. Корпус с источниками света - светодиодами 6 выполнен в виде узких плоских плат 30. Эти платы расставлены с равным шагом, вдоль образующих трубы 27 по внутреннему ее периметру. На платах светодиоды расположены в ряд и распределены вдоль них. Платы установлены на планках 31, прикрепленных к торцевой поверхности трубы 27 так, что центральные оси световых потоков светодиодов направлены в сторону оси вала призмы 28. Количество таких плат со светодиодами (на фиг.9 10 оно равно четырем) зависит от числа граней - рефлекторов 29, величины светового потока, распределяемого вдоль внутренней поверхности цилиндрической трубы 27 и выбирается из расчета, чтобы сканирующий световой поток охватывал всю поверхность 2'. Количество светодиодов 6 определяется требуемым световым потоком, мощностью установленных светодиодов и высотой цилиндрического корпуса 27. Вал призмы 28, расположенный на оси ее симметрии, снабжен электродвигателем 21. Электродвигатель с помощью фланца установлен на поперечной плите 32, прикрепленной к торцевой поверхности цилиндрической трубы 27. Электродвигатель снабжен датчиком 22 положения вала призмы.
Электрическая схема для варианта исполнения, в котором рассада высаживается на внутренней поверхности трубы, выполнена аналогично фиг.7. Отличие лишь в количестве светодиодов 6: с синим 6с, красным 6к, зеленым 6з, желтым 6ж и т.д. (фиг.7) спектром. В состав источников света также могут быть введены светодиоды с ультрафиолетовым и инфракрасным спектром излучения. Светодиоды каждого спектра излучения распределены на группы и каждая группа светодиодов получает питание через свой регулятор тока 14.
Импульсы светового потока «Ф» в зависимости от времени «t» будут иметь вид, аналогичный, представленному на фиг.8 (позиция 25) и их ширина зависит от частоты вращения призмы 27 и количества граней 28. Темновые паузы между импульсами также определяются временем выключенного состояния светодиодов. Характер интегрального изменения ФАР, в зависимости от времени t, будет иметь вид, аналогичный представленному на фиг.8, позиция 26.
В варианте технического решения устройство светоимпульсного освещения растений содержит поверхность 2' (фиг.11, 12) с растениями 1. Поверхность 2' представляет собой внутреннюю полость цилиндрической трубы, формирователь импульсов выполнен в виде правильной призмы 28, установленной в центре цилиндра, вал призмы, расположенный на оси ее симметрии, снабжен электродвигателем 21, установленным на поперечной плите 32, и датчиком положения вала 22. На валу призмы установлен кольцевой токосъемник 33 со щетками (на фиг. не показаны), подводящими напряжение к светодиодам 6. Количество токосъемных колец токосъемника 33 и, соответственно щеток, равно числу коммутируемых цепей. Источники света выполнены на светодиодах 6. Корпус с источниками света представляет собой узкие плоские платы 34 со светодиодами, установленными вдоль граней 29 правильной призмы 28. Центральные оси световых потоков светодиодов направлены в сторону поверхности 2' с растениями и 1 перпендикулярны к ней. Грани 29 могут быть покрыты светоотражающим слоем.
Электрическая схема для управления устройством, представленным на фиг.11, 12 устроена практически аналогично представленной на фиг.7 и состоит из блока электропитания и преобразователя напряжения 8 (фиг.13), электродвигателя 21, включенного на блок управления 9, через регулятор частоты вращения 23. Сигнал от датчика 22 положения вала 20 поступает в блок управления 9 через счетчик 24, отсчитывающий количество граней, умноженное на один оборот призмы 9. На выходе системы управления включены светодиоды 6, соединенные по последовательно - параллельной схеме. Светодиоды имеют различный спектр излучения, например, синий 6с, красный 6к, зеленый 6з, желтый 6ж, оранжевый 6о и т.д., равномерно распределенные вдоль плат 34. В состав источников света могут быть введены светодиоды с ультрафиолетовым и инфракрасным спектром излучения. Светодиоды каждого спектра излучения распределены по группам. Каждая группа светодиодов включена на отдельный регулятор тока, соответственно, 14с, 14к, 14з, 14ж, 14о и т.д. На блок управления 9 поступают сигналы от регулятора частоты импульсов 10, регулятора темновых пауз 11, регулятора интегрального спектра излучения 12 и регулятора амплитуды импульсов 13. Между блоком управления и минусовым зажимом (катодом) светодиодов 6 установлен общий выключатель 15. Электропитание на светодиоды 6 подается через кольцевой токосъемник 33. Количество токосъемных колец токосъемника 33 и, соответственно щеток, равно числу коммутируемых цепей и в данной схеме состоит из токосъемников соответственно 33с, 33к, 33з, 33ж, 33о и т.д. Кроме того, в цепи между минусовым зажимом светодиодов и общим выключателем 15 имеется элемент токосъемника 33в.
Светоимпульсный осветитель растений действует следующим образом.
Преобразователь напряжения 8 (фиг.3, 7) преобразует переменное напряжение сети в постоянное, соответствующее электропитанию светодиодов и обеспечивает его стабилизацию.
Для конструкции, представленной на фиг.1, 2, с помощью регулятора частоты импульсов 10 устанавливается частота "f" включения светодиодов 6, которая может варьироваться в широком диапазоне от f=0-150 кГц. Регулятором темновых пауз 11 варьируется время включенного состояния светодиодов в пределах периода Т=1/f путем периодического включения - выключения выключателя 15 (фиг.3). При этом растения получают порции светового потока (фиг.4), который возбуждает в растениях фотоактивные молекулы, формирующие процесс фотосинтеза, идет анаболический процесс, вызывающий рост растений с выделением кислорода. Во время темновых пауз имеет место биологический отдых растения с выделением углекислого газа. Этот процесс можно сравнить с дыханием живых организмов. Для получения оптимального уровня метаболических процессов на разной стадии развития растений необходимо изменять частоту световых импульсов, спектральный их состав, амплитуду, скважность, т.е соотношение световой и темновой пауз. Осветитель позволяет в широком диапазоне изменять амплитуду световых вспышек регулятором 13 и спектральный состав освещения с помощью регулятора спектра излучения 12. Эта регулировка может производиться вручную или по определенной программе и сопровождается изменением тока, потребляемого светодиодами 6. Индивидуальный спектральный состав излучения изменяется путем воздействия отдельных регуляторов 14 на те или иные группы светодиодов 6. Таким образом, можно опытным путем определять, а затем и формировать оптимальный коэффициент скважности, время экспозиции, спектральный состав и амплитуду светового потока для обеспечения максимального урожая данного вида растений. При этом выращивание растений в светоимпульсном режиме освещения может производиться круглосуточно.
В варианте с призмой 18 (фиг.5, 6), при ее вращении, световой поток светодиодов 6, отражаясь от его граней - рефлекторов, последовательно проходит над рассадой 1. В результате растения также периодически облучаются световым потоком. Процессы, происходящие в растениях, аналогичны описанным для фиг.1, 2. Частота f следования световых периодов зависит от частоты вращения электродвигателя 22 и количества граней 19 правильной призмы 18 в соответствии с формулой: f=2πk/60 Гц, где n - число оборотов в минуту вала электродвигателя 21, k - число граней 19 призмы 18. Частота импульсов задается регулятором частоты импульсов 10, который, в свою очередь воздействует на частотный регулятор 23, питающий электродвигатель 21. Частота может регулироваться в пределах 0,1-3000 Гц и выше. Однако, в данной системе существует связь между временем темновых пауз, частотой вращения вала двигателя и уставкой частоты импульсов, заданной оператором. Темновые паузы между импульсами света варьируются только путем выключения выключателя 15 на время прохождения (пропуска) определенного числа граней 19 призмы 18. Если этого не учитывать, то при изменении числа «пропущенных» граней будет изменяться и частота импульсов света. Поэтому в блоке управления задана программа, согласно которой при изменении числа пропущенных граней должна изменяться и частота вращения электродвигателя 21 в соответствии с соотношением f=2πn'k'60=const. Где k' - это число граней, которые сканируют световой поток без учета пропущенных граней, n' - частота вращения с учетом пропущенных граней. Т.е. должно выполняться условие nk=n'k'. При этом время включенного состояния tвкл светодиодов определяется по соотношению tвкл=60/2πn'. Иными словами светодиоды должны включаться синхронизированно с числом оборотов n при данном положении регулятора частоты 10. Этот процесс обеспечивается блоком управления на основе сопоставления сигналов, получаемых от счетчика 24, регулятора темновых пауз 11, регулятора частоты импульсов 10. При этом блок управления воздействует на частоту вращения двигателя 21, обеспечивая требуемую частоту следования импульсов света. Интегральный спектральный состав излучения варьируется регулятором 12. Вручную спектр излучения можно изменять, воздействуя на тот или иной регулятор 14.
Аналогично действует и устройство с рефлекторами 29, расположенными на гранях правильной призмы 28, установленной в центре цилиндрической трубы 27 (фиг.9, 10). Разница лишь в том, что полосы светового потока от светодиодов 6 проходят вдоль растений, высаженных на поверхности 2' внутренней полости цилиндрического корпуса 27. Световые потоки каждого корпуса 4 со светодиодами 6 обеспечивают освещение определенной части поверхности 2'. Эти расстояния между корпусами выбираются из расчета, чтобы вся поверхность освещалась равномерно. Скорость вращения электродвигателя 21 подчиняется соотношению f=2πnk'/60=const, где k' - число граней 29 призмы 28, во время прохождения которых в полосе света происходит сканирование светового потока. Включение и выключение светодиодов выключателем 15 необходимо синхронизировать с положением вала с рефлекторами.
Устройство, представленное на фиг.11 и 12, работает аналогично устройству, показанному на фиг.9 и 10. Разница лишь в том, что световой поток последовательно проходит вдоль поверхности 1 от светодиодов 6, расположенных на гранях 29 призмы 28. Минимальная частота импульсов света определяется минимальной угловой частотой вращения призмы. Максимальная частота импульсов определяется максимальной скоростью вращения призмы и может достигать 6000 Гц. Регулирование амплитуды светового потока, частоты импульсов света, времени темновых пауз и спектра излучения производится также как и для устройства, показанного на фиг.9 и 10. Вид импульсов светового потока аналогичен представленным на фиг.8. Если частота следования световых импульсов невелика, то можно ограничиться установкой светодиодов только на одну из граней или на некоторые из них.
Вращающиеся рефлекторы обеспечивают вентиляцию, как светодиодов, так и растений, что позволяет использовать относительно мощные приборы. Электродвигатель 21, вращающий рефлекторы, работает практически в режиме холостого хода и энергия, потребляемая им, минимальна. Энергопотребление светодиодов в несколько раз меньше, чем у традиционных источников света. Они мало инерционны и периодическое включение-выключение светодиодов приводит к увеличению срока их службы, которое достигает 100 тыс. часов при непрерывном свечении. В сравнении с другими источниками света светодиоды обладают небольшими габаритными размерами, имеют малый вес и практически, а нагрев их корпуса не превышает 50°С, что делает их наиболее удобным источником света для растений. Количество светодиодов, отнесенное к площади освещаемой поверхности, в вариантах технического решения, приведенных на фиг.5, 6, 9, 10, в сравнении с известными техническими решениями, можно снизить в несколько раз.
Все живые организмы подчиняются общему правилу, заключающемуся в том, что период активной фазы должен сменяться релаксацией. В противном случае продукты жизнедеятельности, вовремя не выведенные из организма, могут его погубить. Практика, полученная на основе известных технических решений, показывает, что при импульсном освещении растения развиваются быстрее, по видимому, именно благодаря случайно подобранному рациональному соотношению времени активной фазы и фазы релаксации.
В основу теории, описывающей влияние света на растения, положен фотосинтез и другие фотобиологические процессы, которые избирательны к различным длинам волн. Изменяя суммарный спектр излучения, можно регулировать процесс роста и созревания растений. Различными опытами показано, что синий свет способствует разрастанию зелено-массы растения, а красный световой поток необходим для полноценного развития и созревания.
Предлагаемое изобретение дает возможность растениеводам иметь механизм воздействия на растения с широким спектром изменения параметров светового потока. С его помощью они могут перейти от робких, проводимых на ощупь, попыток импульсного светового освещения растений, к планомерным, последовательным исследованиям, которые, несомненно, окажутся продуктивными. Практики растениеводы также смогут, с помощью данного светоимпульсного светодиодного осветителя, в широком диапазоне регулировать спектральный состав и амплитуду потока излучения, определяя оптимальные параметры, в зависимости от стадии развития растений, при которых растения растут, расцветают и плодоносят на максимальном уровне.
Данное изобретение может получить широкое применение, например, при выращивании растений в космической среде, в условиях полярной ночи и, возможно, во всех других климатических зонах, где требуется интенсификация производства растительной продукции. Предлагаемые в изобретении технические решения применимы и для современных методов выращивания растений, например, на основе гидропоники или аэропоники.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СВЕТОДИОДНЫЙ ФИТОПРОЖЕКТОР | 2008 |
|
RU2369086C1 |
| КОНВЕЙЕРНЫЙ СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ "ЗЕЛЕНАЯ ВОЛНА" | 2006 |
|
RU2332006C1 |
| ЛИНЕЙНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ МОДУЛЬ | 2003 |
|
RU2253887C2 |
| ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ОСВЕТИТЕЛЬ | 2002 |
|
RU2244871C2 |
| СВЕТОДИОДНЫЙ ПРОЕКТОР И СПОСОБ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ЭКРАНЕ | 2002 |
|
RU2248025C2 |
| ЦВЕТОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ СВЕТОДИОДНЫЙ АППАРАТ | 2006 |
|
RU2330693C2 |
| СВЕТОДИОДНЫЙ ОСВЕТИТЕЛЬ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОСВЕЩЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ | 2005 |
|
RU2285860C1 |
| УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ФОНАРЬ | 2000 |
|
RU2194212C2 |
| МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ОСВЕТИТЕЛЬ ДЛЯ КОНТЕЙНЕРА | 2003 |
|
RU2244872C1 |
| УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПОЛИХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ | 2003 |
|
RU2278408C2 |
Изобретение относится к светотехнике, в частности к способам искусственного светоимпульсного освещения растений. В качестве источников света применены светодиоды с различным спектром излучения. Вход блока управления связан с регулятором частоты импульсов, регулятором темновых пауз, регулятором спектра излучения и регулятором амплитуды световых импульсов. Формирователь импульсов выполнен в виде выключателя, установленного в цепи питания светодиодов между общим минусовым выходом и блоком управления. По второму варианту, корпус с источниками света выполнен в виде полосы, расположенной вдоль поверхности с растениями, источники света выполнены на светодиодах с различным спектром излучения, распределенных вдоль полосы. По третьему варианту, поверхность с растениями представляет собой внутреннюю полость цилиндрической трубы, корпус с источниками света выполнен из нескольких полос, расположенных на равном расстоянии, с некоторым шагом, вдоль образующих поверхности с растениями. По четвертому варианту, поверхность с растениями представляет собой внутреннюю полость цилиндрической трубы, формирователь импульсов выполнен в виде правильной призмы. Способ заключается в сканировании светового потока от установленных в ряд светодиодов с различным спектром излучения путем последовательного освещения участков поверхности с растениями. Технический результат заключается в возможности широкого регулирования частоты, спектра излучения, амплитуды и скважности импульсов светового потока. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил.
| СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ | 1994 |
|
RU2071232C1 |
| US 6488390 B1, 03.12.2002 | |||
| СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЧЕРЕНКОВ РОЗ | 1999 |
|
RU2171028C1 |
| СПОСОБ СВЕТОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ РАСТЕНИЙ | 2004 |
|
RU2262834C1 |
