一种可调节光照空间分布和光质条件的LED植物灯的制作方法

一种可调节光照空间分布和光质条件的led植物灯
技术领域
[0001]
本实用新型涉及植物灯技术领域，特别涉及一种可调节光照空间分布和光质条件的led植物灯。


背景技术：

[0002]
植物生长照明系统是智慧大棚和植物工厂等室内种植中的重要单元，光照在植物光形态建成、质体分化和植物生长发育中具有关键作用，不仅是植物光合作用的推动力，更是植物生长的调控信号，通过激发相关基因表达来调节植物的生长发育过程，影响种植物产量和品质形成。植物体内存在一系列光受体，使得植物可以准确和及时地感应光环境的变化。现有研究表明，对植物生长的光环境（光照强度、光质配比、光照周期和光照时间和空间分布）进行全面、精细的调控，制定合理的光照调控方案和光配方，不仅能显著改善植物品质，而且能有效降低光源能耗。
[0003]
led照明灯在室外路灯、建筑照明、室内日常照明领域已经广泛应用。led光源除了充分利用led本身具备的光质纯、节能、耐用性、光谱调控、冷光源、安全环保等优势外，作为设施园艺用专用光源，能够达到高效运用目标。将led光源应用于植物照明时，在设计上应提高光源性能和设施园艺生产的适用性，充分发挥led光源高自由度的优势。在led植物灯本体方面，应该使光质、光强可调，达到一灯多用，具有广谱适用性。在led植物灯的悬挂和照射方式上，需要能够满足不同种类植物栽培平台的需求，最大程度地让植物叶片获得短距离传输的垂直光照。
[0004]
led植物补光灯装置的设计原则包括：贴近原则，通过机械悬挂或固定，在保证一定有效照射面积基础上，光源位置应尽量贴近冠层叶片，减少应距离拉大导致的光衰减。照射面积原则，led光源应有一定的有效冠层照射面积，过高或过低的照射面积将影响光强及其补光效果。垂直叶片原则，针对叶菜类、果蔬类、直立叶片型的不同植物，光照应尽量垂直于叶片，提高补光光合效率，促进增产。动态原则，光质比、光周期、光照强度等光质条件应该能够针对植物种类在不同生长阶段动态调节。
[0005]
在光质条件方面：植物光合作用效率、产量和品质与光质条件密切相关，光质条件是植物生长中最不易调节的环境因子。植物在进行光合作用时，叶绿素吸收光谱最强的区域在波长为600~700nm的红光波段和420~470nm的蓝光波段，即植物光合作用在蓝光和红光波段的光量子效率最高。除了影响光合作用速率，白光、红光、黄光、蓝光、绿光等不同光质对植物的生长发育有不同的调控作用，影响植物叶绿体形成、光合色素合成、叶片气孔运动、叶片伸展、碳同化和根茎生长，影响可溶性蛋白质和糖类的生物合成，调控植物生理生化、碳水化合物代谢、蛋白质生成、总酚、花青素和抗坏血酸等次生代谢产物合成。目前应用于植物补光灯的光源光质主要通过将波长660nm的红光和460nm的蓝光单色led芯片进行组合，通过若干单芯片led交替排布组合成灯管或灯板，一些新开发的led光源也会在其中添加少量的紫外和远红光。led荧光植物生长灯通过在低波长的蓝、紫光led芯片表面涂敷组分经过调制的荧光粉，将部分蓝紫光转变成红光或其他光。此类led植物灯由于采用固定灯
珠组合，光质不易调节，在照射面上容易产生光斑问题。
[0006]
在光源空间管理方面：照明系统的高能耗是制约led植物补光装置规模化推广的主要因素之一。调整led光源的空间分布，能够实现在高效培育的情况下减少能耗。led灯珠的发光角度一般在120~140度，过于贴近植物，容易使冠层叶片一直处于光抑制状态，而远离植物，容易增加无效照射面积，降低光源的电能利用效率。植物的冠层结构也导致光照条件的空间不均匀，冠层内部和中下部叶片长期处于光照不足的状态，影响植物产量和品质。调节光源高度、照射角度和发光角度，能够减少led光源的用量，减少无效光照面积，提高电能利用率。
[0007]
专利cn 206944051u公开了一种通过若干红光、黄光、白光、紫光led灯珠搭配成led整列的光谱可调led生长灯，可以调整光谱。
[0008]
专利cn 202182363u公开了一种通过改变红光和蓝光灯珠数量和开关控制实现光照强度可调的led灯带。
[0009]
专利cn 204670053u公开了一种通过led阵列和不同颜色的透镜实现可调光谱的微型植物工厂。
[0010]
专利cn 209234363u公开了一种通过调整机械结构实现植物灯光谱模块选择的种植大棚。
[0011]
专利cn 209250914u公开了一种通过红外传感器检测植物高度，并通过改变红色、绿色、蓝色发光体数量改变光谱的led植物照明系统。
[0012]
专利cn 207349911u公开了一种放置多种led灯珠，并通过旋钮调节亮度的植物生长灯。
[0013]
专利cn 207635101u公开了一种通过无线通信调节红蓝配比和光照强度的led植物灯。
[0014]
专利cn 110301253a公开了一种植物照明光谱调节的方法，利用单个led芯片配合荧光粉技术，通过调节荧光粉的重量比，满足植物不同生理时期下的光照需求。
[0015]
专利cn 110285359a公开了一种通过支撑杆高度的调节光强的植物照明用led灯。
[0016]
专利cn 110249833a公开了一种在常规led光源的基础上添加低剂量长波紫外光提高植物工厂叶菜产量及品质的方法。
[0017]
专利cn 109964683a公开了一种在光周期中加入低剂量远红光，提高植物工厂叶菜光能利用效率的方法，促使叶菜表现出茎和叶柄伸长、叶角抬高、叶面积增大等阴生植物的特性。
[0018]
专利cn 109751537a公开了一种led灯珠交错间隔设置的植物生长灯，解决区域内波长不够均匀的技术问题。
[0019]
专利cn 104359049a公开了一种调整人工光源强度、距离植物冠层的距离、调焦透镜为植物提供精准的光照范围和强度的方法和设备。
[0020]
专利cn 105828479a公开了一种通过调节滑动变阻器实现不同led灯光源的光质比r/b的连续可调的驱动电源。
[0021]
目前大多数现有植物灯提供的光照条件受限于灯珠搭配、荧光粉调配或不同颜色透镜定制光谱，混光后容易产生光斑问题，光照不够均匀，荧光粉和有色透镜影响光源效率。
[0022]
目前有公开的可调光源高度的植物灯悬挂或固定灯架专利，采用复杂的机械结构和电动装置调节悬挂杆高度，有植物灯本体专利可调节照射角度，但是植物灯本体的发光角度较宽，增加了无效光照面积。复杂的机械结构适用场合有限，照射角度也不可精确调节。


技术实现要素：

[0023]
针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种可调节光照空间分布和光质条件的led植物灯。
[0024]
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可调节光照空间分布和光质条件的led植物灯，包括两个前后对称且水平左右延伸的底杆、竖直设置于所述底杆中心上方的竖杆、设置于所述竖杆左右两侧的侧向支撑杆、连接两个所述竖杆之间的中横杆，所述竖杆右侧两侧设有沿所述竖杆高度方向分布的侧高度调节孔，所述侧向支撑杆与所述竖杆连接一端通过螺栓或卡扣与所述侧高度调节孔连接，所述竖杆相对一侧设有垂直方向分布的内高度调节孔，所述中横杆端部通过螺栓或卡扣与内高度调节孔配合实现中横杆与竖杆的连接，两个所述竖杆同侧的侧向支撑杆之间连接有前后水平延伸的侧横杆，所述侧横杆上设有沿所述侧横杆长度方向延伸的植物灯体，所述侧向支撑杆上设有沿所述侧向支撑杆长度方向分布的侧向调节孔，所述侧横杆端部通过螺栓或者插销与所述侧向支撑杆连接，所述植物灯体包括灯壳、设置于所述灯壳上的灯珠，所述灯珠为多波段发光芯片集成灯珠，所述多波段发光芯片集成灯珠上设有透镜。
[0025]
上述设计中采用侧向支撑杆和侧横杆配合实现植物灯体在水平方向的分布，通过侧向支撑杆与竖杆配合实现植物灯体高度的调整，侧向支撑杆与竖杆通过侧高度调节孔配合，便于快速调整植物灯体的高度，侧向支撑杆与侧横杆通过侧向调节孔便于快速调整植物灯体水平位置，上述机构能够精确调整灯光分布，减少无效光照面积，灯珠为多波段发光芯片集成灯珠便于发射出不同光质比和光照强度的照射光。
[0026]
作为本设计的进一步改进，所述底杆底部设有行走轮，提升整个装置的灵活性。
[0027]
作为本设计的进一步改进，所述竖杆和底杆均为工字钢，所述侧横杆和所述中横杆均为t字钢，所述侧向支撑杆为l型钢。强度高，便于调整和限位。
[0028]
作为本设计的进一步改进，所述灯壳左右两端转动连接有调整座，所述灯壳的转动轴线平行于所述调整座长度方向，所述调整座上设有环形调整孔，所述调整孔的旋转中心与所述灯壳的转动中心同心，所述灯壳端部螺纹连接有锁止螺栓，所述锁止螺栓贯穿所述调整孔。便于调整植物灯体的照射角度，进一步提升照射光的利用率。
[0029]
作为本设计的进一步改进，所述灯壳与调整座通过螺栓作为转动轴转动连接，锁止螺栓和利用螺栓作为灯壳转动轴，便于快速调整植物灯体照射角度以及提升植物灯体调整后稳定性。
[0030]
作为本设计的进一步改进，所述灯壳背面设有散热片，所述灯壳为铝材增加灯珠的散热，降低灯珠的光衰。
[0031]
作为本设计的进一步改进，所述多波段发光芯片集成灯珠自然发光角度为120
°-
140
°
，所述多波段发光芯片集成灯珠上设有透镜，所述透镜的发光角度为15
°
、30
°
、45
°
、60
°
或90
°
中任一种。 可针对不同光照方案作精确调整。
[0032]
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用侧向支撑杆和侧横杆配合实现植物灯体在水平方向的分布，通过侧向支撑杆与竖杆配合实现植物灯体高度的调整，侧向支撑杆与竖杆通过侧高度调节孔配合，便于快速调整植物灯体的高度，侧向支撑杆与侧横杆通过侧向调节孔便于快速调整植物灯体水平位置，上述机构能够精确调整灯光分布，减少无效光照面积，灯珠为多波段发光芯片集成灯珠便于发射出不同光质比和光照强度的照射光。
附图说明
[0033]
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0034]
图1是本实用新型的整体结构示意图。
[0035]
图2是本实用新型的竖杆、中横杆以及侧向支撑杆连接立体示意图。
[0036]
图3是本实用新型的植物灯体立体爆炸示意图。
[0037]
图4是本实用新型的宽光照范围补光示意图。
[0038]
图5是本实用新型的日光工厂补光示意图。
[0039]
图6是本实用新型的直叶型植物补光示意图。
[0040]
在图中1.底杆，2.竖杆，3.灯壳，4.中横杆，5.侧向支撑杆，6.植物灯体，7.行走轮，8.侧高度调节孔，9.侧向调节孔，10.内高度调节孔，11.侧横杆，12.调整座，13.调整孔，14.散热片，15.锁止螺栓，16.灯珠，17.透镜。
具体实施方式
[0041]
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
[0042]
实施例1：一种可调节光照空间分布和光质条件的led植物灯，包括两个前后对称且水平左右延伸的底杆1、竖直设置于所述底杆1中心上方的竖杆2、设置于所述竖杆2左右两侧的侧向支撑杆5、连接两个所述竖杆2之间的中横杆4，所述竖杆2右侧两侧设有沿所述竖杆2高度方向分布的侧高度调节孔8，所述侧向支撑杆5与所述竖杆2连接一端通过螺栓或卡扣与所述侧高度调节孔8连接，所述竖杆2相对一侧设有垂直方向分布的内高度调节孔10，所述中横杆4端部通过螺栓或卡扣与内高度调节孔10配合实现中横杆4与竖杆2的连接，两个所述竖杆2同侧的侧向支撑杆5之间连接有前后水平延伸的侧横杆11，所述侧横杆11上设有沿所述侧横杆11长度方向延伸的植物灯体6，所述侧向支撑杆5上设有沿所述侧向支撑杆5长度方向分布的侧向调节孔9，所述侧横杆11端部通过螺栓或者插销与所述侧向支撑杆5连接，所述植物灯体6包括灯壳3、设置于所述灯壳3上的灯珠16，所述灯珠16为多波段发光芯片集成灯珠16，所述多波段发光芯片集成灯珠16上设有透镜17。
[0043]
上述设计中采用侧向支撑杆5和侧横杆11配合实现植物灯体6在水平方向的分布，通过侧向支撑杆5与竖杆2配合实现植物灯体6高度的调整，侧向支撑杆5与竖杆2通过侧高度调节孔8配合，便于快速调整植物灯体6的高度，侧向支撑杆5与侧横杆11通过侧向调节孔9便于快速调整植物灯体6水平位置，上述机构能够精确调整灯光分布，减少无效光照面积，灯珠16为多波段发光芯片集成灯珠16便于发射出不同光质比和光照强度的照射光。
[0044]
作为本设计的进一步改进，所述底杆1底部设有行走轮7，提升整个装置的灵活性。
[0045]
作为本设计的进一步改进，所述竖杆2和底杆1均为工字钢，所述侧横杆11和所述
中横杆4均为t字钢，所述侧向支撑杆5为l型钢。强度高，便于调整和限位。
[0046]
作为本设计的进一步改进，所述灯壳3左右两端转动连接有调整座12，所述灯壳3的转动轴线平行于所述调整座12长度方向，所述调整座12上设有环形调整孔13，所述调整孔13的旋转中心与所述灯壳3的转动中心同心，所述灯壳3端部螺纹连接有锁止螺栓15，所述锁止螺栓15贯穿所述调整孔13。便于调整植物灯体6的照射角度，进一步提升照射光的利用率。
[0047]
作为本设计的进一步改进，所述灯壳3与调整座12通过螺栓作为转动轴转动连接，锁止螺栓15和利用螺栓作为灯壳3转动轴，便于快速调整植物灯体6照射角度以及提升植物灯体6调整后稳定性。
[0048]
作为本设计的进一步改进，所述灯壳3背面设有散热片14，所述灯壳3为铝材增加灯珠16的散热，降低灯珠16的光衰。
[0049]
作为本设计的进一步改进，所述多波段发光芯片集成灯珠16自然发光角度为120
°-
140
°
，所述多波段发光芯片集成灯珠16上设有透镜17，所述透镜17的发光角度为15
°
、30
°
、45
°
、60
°
或90
°
中任一种。 可针对不同光照方案作精确调整。
[0050]
一种可调节光照空间分布和光质条件的led植物灯用于宽光照的调节方式，将中横杆4和侧向支撑杆5均调整至最高位置，将侧横杆11调整至侧向支撑杆5原理竖杆2一端，将植物灯体6照射角度垂直向下，选用60
°
或90
°
的大发光角度透镜17。提升大范围植物光照的有效照射面积。
[0051]
实施例2：一种可调节光照空间分布和光质条件的led植物灯用于日光利用工厂的调节方式，将自然光照射面的侧向支撑杆5调整到较高位置，将侧横杆11调整至靠近竖杆2一端，将侧横杆11上的植物灯体6照射角度调整偏向同侧的植物方向，背离自然光一侧的侧向支撑杆5设置位置低于朝向自然光一侧的侧向支撑杆5，背离自然光一侧的侧向支撑杆5上的侧横杆11设置于所述侧向支撑杆5背离自然光一端，背离自然光一端的侧横杆11上植物灯体6偏向植物表面，上述植物灯体6采用45
°
的中等发光角度的透镜17。提升日光利用植物工厂背光处的照射强度。
[0052]
实施例3：一种可调节光照空间分布和光质条件的led植物灯用于直叶型植物的调节方式，将侧向支撑杆5调整至竖杆2中下位置，将侧横杆11调整至侧向支撑杆5背离竖杆2一端，将植物灯体6发光面调整为侧向植物叶片，使植物灯体6光照方向垂直于叶片或逆向补光，植物灯体6的透镜17采用发光角度为90
°
的透镜17。提升直叶型植物光照效果。
[0053]
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。