一种植物照明测试系统的制作方法

本发明涉及光辐射测量技术领域，具体涉及一种植物照明测评用的植物照明测试系统。

背景技术：

近些年来，人工光型植物工厂作为一种新兴农业形式逐渐兴起；由于光照是植物光合作用的必要元素，因此无论是对于半密闭式植物工厂的人工补光，还是对于全密闭式植物工厂，照明产品的光学特性对于保证植物的健康高效生长非常重要。植物照明品质的好坏关键在于两点：其一，照明产品的光学品质；由于不同植物生长对于光照强度、光谱成分等光照条件的需求不同，因此针对特性植物选择与之生长相适应的照明产品非常重要。其二，植物照明现场的光学品质；在植物工厂中，照明产品在被照射植物表面的照射均匀性、光照强度等直接关系到植物的长势。

为了实现优质的照明条件，对于植物照明现场的检测十分必须。然现有技术中对于植物照明的检测设备主要由植物光照探测器来实现，即通过对某一点进行测量进而得到被测植物表面该点处的光照分析，而对于植物整个被照面上的光照条件以及均匀性分析以及不同距离下的照射情况时，则需要通过逐步移动探测器的方式进行实现，测试速度非常慢、效率低，往往会由于操作误差影响测试结果的准确度；为了提高测试速度，现有技术中也有采用多个探测器在被照面上布点的方式进行测量，然而，在实际的测量中的被测面往往非常大，为实现一定密度下的测量，对探测器的数量要求较多，实际操作起来也非常不便；另一方面，物光照探测器的探测方式也无法对植物照明产品的总光合光子通量以及光谱总光子通量、植物照明产品的总光子通量效率进行评价。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，提供一种植物照明测试系统，通过采用具有高度自动化的旋转转台以及机器人，不仅可以实现任意制定距离下的被照射面上的植物光照参数的分析，而且可以实现植物照明产品总光合光子通量、光谱总光子通量以及总光子通量效率的测量评价，具有测量自动化程度高、效率高、稳定性好、功能更强大等优势，与此同时，该设备即可应用于植物照明现场的光学检测，也可应用于实验室测量。

本实用新型可以通过以下方法实现：一种植物照明测试系统，其特征在于，包括旋转转台、机器人以及一个或以上用于支撑机器人并实现机器人移动的导轨，其中：所述的旋转转台包括转台基座、滑台以及设置于滑台上并且可在滑台上移动的灯臂，所述的灯臂末端设有驱动被测植物灯绕其发光面中心轴线旋转的灯具旋转驱动装置，所述的滑台通过支承轴与转台基座连接；所述的机器人由四个及以上的转动关节、两个及以上的机器人摆臂组成，且在机器人末端设有用来夹持第一探测装置的夹具。

本实用新型中，所述的旋转转台由转台基座、滑台及灯臂组成，且所述的灯臂一端与滑台连接并可在滑台上实现移动，在灯臂的另一端设有驱动被测植物灯绕其发光面的中心轴线旋转的灯具旋转驱动装置，所述的灯具旋转驱动装置直接与被测植物灯连接或者通过被测植物灯的灯杆与被测植物灯间接连接；通过灯具旋转驱动装置，被测植物灯可实现360°旋转。所述的机器人设置在导轨上，并且可在导轨上移动；本实用新型中的机器人包含四个及以上的转动关节、两个及以上的机器人摆臂以及用来夹持第一探测装置的夹具，其中机器人摆臂的调节可以实现第一探测装置高度的调节，通过转动关节的调节，可以对第一探测装置接收被测植物灯光照的角度在半球面内进行调节，进而模拟植物叶片在不同光照接收角下的光照情况。

本实用新型采用了具有高度自动化的旋转转台和机器人，并通过被测植物灯的转动、灯臂在滑台上的移动、机器人在导轨上的位移，可以实现被测植物灯在任意距离下的被照面上的植物照明参数测量，与此同时，机器人通过转动关节的配合可实现第一探测装置在半球内旋转进而模拟植物叶片在不同的接收角下接收光照的情况。与现有技术相比，本使用新型具有测试功能全面、集成度更高、自动化以及稳定性好等优势，既可应用于植物照明现场的测量，又可应用于植物照明实验室测量。

本实用新型还可以通过以下技术方案进一步限定和完善：

本实用新型中的第一探测装置可为光量子计、光度计(如照度计)、辐照度计或光谱辐射计等；光量子计可以直接获得被测灯的总光量子数，由于光量子计的滤色片匹配难以做到与理想光量子作用曲线完全一致，因此存在测量误差，在粗略的光量子参数(如光合光子通量密度PPFD)测量中可采用；照度计以及亮度计的采用可以实现被测灯的光度参数，进而与植物照明参数进行对比、参考；

作为优选，所述的第一探测装置为光谱辐射计。由于植物系统的评价与传统人眼评价系统不同，植物照明系统的评价是基于植物光合作用机制，因此对于植物照明的评价参数需要在植物评价系统中进行，目前最常用的植物照明系统为辐射度系统以及光量子系统，将第一探测装置设为光谱辐射计的优势在于可以直接获得照明产品的辐射光谱以及辐射度参数，进一步地，通过与植物光量子系统的光谱作用函数加权即可分析获得光量子系统的评价参数，不存在光谱失匹配问题，具有较高的测量精度。

作为一种技术方案，所述的滑台由滑轨、滑块以及驱使滑块在滑轨上移动的滑台驱动装置组成。本方案中，所述的滑块设置与滑轨上，并与灯臂连接；且所述的灯臂通过滑块在导轨上的滑动进而实现灯臂位置的调节；灯臂位置的调节是为了实现对植物测试距离进行调节。

上述方案中，所述的滑台驱动装置可设置于转台基座上或设置于滑台的底部。

作为一种技术方案，所述的滑台可绕垂直轴线旋转。本方案中通过滑台绕垂直轴旋转以及灯具旋转驱动装置使被测植物灯绕其发光面中心轴线的旋转，进而实现灯具在整个空间内的旋转。

作为一种技术方案，所述的旋转转台还包括设置于转台基座上并可绕水平轴线旋转的转臂，所述的转臂的末端设有第二探测装置。本方案中，通过在旋转转台上设置绕水平轴线旋转的转臂，配合被测植物灯在360°内绕其发光面中心轴线的旋转，即可实现被测等在整个球面内的全空间扫描；

上述方案中，转臂末端连接的第二探测器可以为光谱辐射计、光量子计、照度计、亮度计等；其中光谱辐射计可以被测灯的光谱信息以及辐射度参数等；光量子计可以直接获得被测灯的总光量子数，由于光量子计的滤色片匹配难以做到与理想光量子作用曲线完全一致，因此存在测量误差，在粗略测量中可采用；照度计以及亮度计的采用可以实现被测灯的光度分布信息。

作为优选，所述的第二探测装置为光谱辐射计。将第二探测装置设为光谱辐射计的优势在于可以直接获得照明产品的辐射光谱以及辐射度参数，进一步地，通过与植物光量子系统的光谱作用函数加权即可分析获得光量子系统的评价参数。通过本方案，可实现总光合光子通量以及光谱总光合光子通量的测量；本方案对于植物照明灯具的设计以及实验室测量具有极大的帮助。

作为上述方案的一种实施方式，所述的转台基座上还设有驱动转臂转动的转臂旋转驱动装置。所述的转臂旋转驱动装置用于驱动转臂绕水平轴线360°转动。

作为上述方案的一种实施方式，在转臂的末端还可设置第三探测装置，且探测装置可以为光谱辐射计、光量子计、照度计、亮度计等。

作为一种技术方案，所述的机器人的转动关节包括绕垂直轴线旋转的第一转动关节，绕水平轴线旋转的第二转动关节、第三转动关节和第四转动关节；且在第二转动关节与第三转动关节之间以及在第三转动关节与第四转动关节之间分别设有机器人摆臂；所述的第四转动关节与第一探测装置的夹持装置连接。

上述方案中的机器人包含4个转动关节，所述的第一转动关节设置于导轨上，且所述的第一转动关节绕垂直轴线转动，所述的第二转动关节和第三转动关节以及第四转动关节绕水平轴旋转，且在第二转动关节与第三转动关节之间以及在第三转动关节与第四转动关节之间分别设有机器人摆臂，通个第二转动关节和第三转动关节的转动可实现机器人摆臂的伸缩，进而实现第一探测装置的高度调节；此外，通过第一转动关节的转动以及第四转动关节的转动，可实现第一探测器装置在半球面内的转动，进而模拟植物不同的光接收角度。

作为一种技术方案，所述的机器人的转动关节包括绕水平轴旋转的第一转动关节和第二转动关节、绕垂直轴转动的第三转动关节以及水平轴转动的第四转动关节，在所述第一转动关节和第二转动关节之间以及第二转动关节和第三转动关节之间分别设有机器人摆臂，所述的第四转动关节与第一探测装置的夹持装置连接。

上述方案中的机器人包含4个转动关节，所述的第一转动关节设置于导轨上，且所述的第一转动关节和第二转动关节均绕水平轴旋转，所述的第三转动关节绕垂直轴转动，第四转动关节绕水平轴转动，在第一转动关节和第二转动关节之间以及第二转动关节和第三转动关节之间分别设有机器人摆臂；通过第一转动关节和第二转动关节之间的配合转动可实现第一探测装置高度的调节；通过第三转动关节与第四转动关节之间的配合转动实现第一探测装置在半球面的旋转，进而模拟植物不同的光接收角度。

作为一种技术方案，所述的第一探测装置为单个探测器。

作为一种技术方案，所述的第一探测装置由两个及以上的光学探测器构成，且所述的光学探测器呈一维线型排列，或所述的第一探测装置由四个及以上的光学探测器构成，且光学探测器呈二维面阵排列；本方案中多个探测器成线型或面阵排列的目的是进一步提高一次测量的效率。

作为一种技术方案，所述的导轨包含两条相互垂直且可相对运动的导轨，机器人可沿着两条垂直的导轨进行移动。

作为一种技术方案，所述的灯臂末端的灯具旋转驱动装置与支撑被测灯的灯杆相连接，所述的灯具通过灯具旋转驱动装置带动灯杆的转动进而实现转动。

作为一种技术方案，所述的还包括对第一探测装置和/或第二探测装置的测试数据进行分析处理的数据处理器；所述的数据处理器可嵌入式设置于第一探测装置和/或第二探测装置的内部，也可以独立设置于第一探测装置和/或第二探测装置的外部。

作为一种技术方案，所述的植物照明测试系统还包括驱动控制装置；所述的驱动控制装置用于对系统中的各种驱动装置，包括灯具旋转驱动装置、转臂驱动装置、滑台驱动装置等进行控制。

附图说明

附图1为本实用新型实施例1的装置示意图；

附图2为实施例1在测量状态一的示意图；

附图3为实施例1在测量状态二的示意图

附图4为本实用新型实施例2的装置示意图；

附图5为本实用新型实施例3的装置示意图；

附图6为实施例3的测试状态示意图；

附图7为本实用新型实施例4的装置示意图；

附图8为本实用新型实施例5的装置示意图；

1—旋转转台；1-1—转台基座；1-2—滑台；1-2-1—滑轨；1-2-2—滑块；1-2-3—滑台驱动装置；1-3—灯臂；1-4—转臂；2—机器人；2-1—转动关节；2-1-1—第一转动关节；2-1-2—第二转动关节；2-1-3—第三转动关节；2-1-4—第四转动关节；2-2—机器人摆臂；2-3—夹具； 4—灯具旋转驱动装置；5—支撑轴；6—第一探测装置；7—第二探测装置；8—灯杆；9—第三探测装置；10—数据处理器；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅限于以下实施例。

实施例一

如图1，2，3本实施例公开一种植物照明测试系统，包含旋转转台1、机器人2和导轨3，所述的机器人2安装在导轨3上，并且可在导轨3上移动；所述的旋转转台1设有转台基座 1-1、滑台1-2、灯臂1-3和转臂1-4，且所述的滑台1-2通过支承轴5(图中未画出)与转台基座1-1连接，所述的转臂1-4通过可水平旋转的转轴与转台基座1-1连接，并通过设置于转台基座1内的转臂旋转驱动装置驱动转臂1-4沿水平轴的360°旋转；在转臂1-4的末端设有第二探测装置7，此处第二探测装置为光谱辐射计；所述的灯臂1-3通过连接至滑台1-2的滑块1-2-2上，并通过滑块1-2-2在滑轨1-2-1上的移动实现高度调节，其中所述的滑块1-2-3 通过滑台驱动装置1-2-3驱动滑块1-2-2在滑轨1-2-1上的移动；所述的灯臂1-3的末端设有驱动被测灯绕垂直轴(即被测灯发光面的中心轴线)360°旋转的灯具旋转驱动装置4；本实施例中，所述的滑台驱动装置1-2-3设置与滑台1-2的底部，所述的转臂旋转驱动装置设置于旋转基座内部。

所述的机器人2总共有四个转动关节，其中第一转动关节2-1-1安装在导轨上并绕垂直轴旋转，所述的第二转动关节2-1-2和第三转动关节2-1-3、第四转动关节2-1-4均绕水平轴线旋转，且在所述的第二转动关节2-1-2和第三转动关节2-1-3之间以及第三转动关节2-1-3 第四转动关节2-1-4之间均设有机器人摆臂2-2；通过第二转动关节2-1-2和第三转动关节2-1-3 的转动可实现机器人摆臂2-2的伸缩，进而实现高度调节，所述的第四转动关节2-1-4装有夹具2-3，且夹具2-3上夹持第一探测装置6；本实施例中，所述的第一探测装置6和第二探测装置7均为光谱辐射计；

在测试中，如要实现植物在不同高度照射面上的光分布情况，则可以通过灯臂在滑轨 1-2-1上的滑动和/或机器人2的机器人摆臂2-2的伸缩进而实现灯具与植物之间距离的调节；与此同时，通过第一转动关节2-1-1和第四转动关节2-1-4的配合转动可以实现第一探测器在上半球面内任意的接收角，进而模拟叶片在不同的照射角度下的光照情况；通过机器人2在导轨3上的移动以及配合灯具的360°旋转可以实现被测平面内的任意指定位置处的光照情况，如任意点处的光子通量密度等；即通过旋转转台1、机器人2以及导轨3的配合，可以实现任意距离的被照射平面上的光谱以及光量子分布情况，以及可模拟叶片实现不同的光接收角度下的光照情况。

此外，本实施例中通过旋转转台1上转臂1-4的设计，配合灯具的转动，可实现被测植物灯在全空间内的光分布情况，进而可分析被测植物灯的总光合光子通量、光谱总光合光子通量、总光子通量效率以及任意指定辐射波段下的光子通量效率等参数，对于农业照明中植物灯的设计具有重要意义。

实施例二

如图4所示，本实施例公开一种植物照明测试系统，与实施例1的不同之处在于在旋转转台1的转臂4的末端处了安装有第二探测装置7外，还安装了第三探测装置9，其中其三探测装置9为光度计，其余设置与实施例1相同；通过本实施例，被测植物灯在全空间内的光谱、光度、光量子系统下的参数均可获得，测试功能强大。

实施例三

如图5，6所示，本实用新型公开一种植物照明测试系统，包含旋转转台1、机器人2和导轨3，所述的机器人2安装在导轨3上，并且可在导轨3上移动；所述的旋转转台1设有转台基座1-1、滑台1-2、灯臂1-3，且所述的滑台1-2通过支承轴5(图中未画出)与转台基座1-1连接；所述的灯臂1-3连接至滑台1-2的滑块1-2-2上，并通过滑块1-2-2在滑轨1-2-1 上的移动实现被测植物灯的高度调节；所述的灯臂1-3的末端设有驱动被测灯绕垂直轴(即被测灯发光面的中心轴线)360°旋转的灯具旋转驱动装置4；

所述的机器人2总共有四个转动关节，其中第一转动关节2-1-1安装在导轨上并绕垂直轴旋转，所述的第二转动关节2-1-2和第三转动关节2-1-3、第四转动关节2-1-4均绕水平轴线旋转，且在所述的第二转动关节2-1-2和第三转动关节2-1-3之间以及第三转动关节2-1-3 第四转动关节2-1-4之间均设有机器人摆臂2-2；通过第二转动关节2-1-2和第三转动关节2-1-3 的转动可实现机器人摆臂2-2的伸缩，进而实现高度调节，所述的第四转动关节2-1-4装有夹具2-3，且夹具2-3上夹持第一探测装置6；本实施例中，所述的第一探测装置6包含10探测器6-1，且所述的探测器6-1成面阵排列；本实施例中第一探测装置6采用多探测器6-1的设计，一次测量即可获得被照面上多点的测量，提高测试效率。

实施例四

如图7所示，本实施例公开一种植物照明测试系统，包括旋转转台1、机器人2和导轨3，所述的机器人2安装在导轨3上，并且可在导轨3上移动；所述的旋转转台1设有转台基座 1-1、滑台1-2、灯臂1-3，且所述的滑台1-2通过支承轴5(图中未画出)与转台基座1-1连接；所述的灯臂1-3连接至滑台1-2的滑块1-2-2上，并通过滑块1-2-2在滑轨1-2-1上的移动实现被测植物灯的高度调节；所述的灯臂1-3的末端设有驱动被测灯绕水平轴(即被测灯发光面的中心轴线)360°旋转的灯具旋转驱动装置4；本实施例中所述的滑台1-2可绕垂直轴线实现360°旋转；本实施例中的机器人2的设计以及设置与实施例3相同。

本实施例中所述的第一探测装置6包含多个探测器6-1，对通过被测灯的旋转配合滑台 1-2的旋转可实现被测灯的全空间光分布测量，进而对被测灯在总光合光子通量等进行测量。通过机器人摆臂2-2的伸缩、被测灯的旋转、机器人2在导轨上的移动以及第一探测装置6 的旋转可实现任意指定距离、指定的接收角度下的被照面上的光照情况。

实施例五

如图8所述，本实施例公开一种植物光照测试系统，与实施例四的唯一不同之处在于，所述的导轨3包含两条相互垂直且可实现相对运动的导轨3，所述的机器人2安装在导轨上，并可通过机器人2在导轨上的移动以及两条导轨3之间的相对运动以及机器人摆臂2-2的伸缩，即可实现任意指定距离下的被照面上的光照情况。