一种藻类培养用全光谱光源及其控制方法

本发明属于藻类培养，涉及藻类培养用光谱光源，特别涉及一种藻类培养用全光谱光源及其控制方法。

背景技术：

1、藻类可用于生物燃料助力实现“双碳”目标，但也存在发生藻华等风险。光照是影响藻类生长的关键因素，研究光照对藻类生长的影响规律对有害藻类的科学防治和资源藻类的高效利用具有重要意义。

2、目前，藻类培养的生态照明光源主要包括荧光光源和发光二极管（led）两类。与荧光光源相比，冷光源led除具有寿命长以及节能环保等优势外，还具备中心波长可设定、可合成复合光谱以及可灵活布局的特点，已成为生态照明领域的主流人工光源。

3、现有用于藻类培养的led光谱成分大多分布在400-700 nm的可见光范围内。部分培养箱能覆盖到780 nm，但700-780 nm范围的相对强度远低于太阳光谱中该波段范围的相对强度。已有研究结果表明，除了单色红光或蓝光对藻类生长具有强烈影响外，其他波段的光对藻类生长也可具有调控作用。英国帝国理工学院生命科学学院的比尔·卢瑟福教授牵头的科研团队报道了一种使用叶绿素-f在低能量的近红外光（750 nm）下进行光学作用的蓝藻（science,360(6394):1210-1213, 2018）。日本基础生物学研究所小杉真贵子研究员牵头的科研团队发现一种南极绿藻通过与植物中含有的光捕获天线蛋白相似的蛋白质pc-frlhc，利用波长在700-800 nm之间红外线进行光合作用，其能量转换效率与可见光能量转换效率相当（nature communications, 14, 730, 2023）。此外，不同波长的红外光对同种藻类的影响也不相同，例如940nm的红外辐射可显著提升极大螺旋藻的干重，而850 nm的红外辐射则不具有该效果。现有光照培养采用的单色led或组合led无法真实地模拟藻类的太阳光照环境，因此也无法准确地揭示光照对藻类生长和产物代谢的影响规律。

4、此外，现有光源仅能统一调整光照强度，不能对各波长范围进行分别调整，从而无法有效地模拟太阳光的日内和季节间的变化，无法满足研究需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种藻类培养用全光谱光源及其控制方法，本发明可在400-1100 nm范围内模拟太阳光谱成分的可控全光谱光源，能丰富光照培养条件，且射出的光束具有良好的均匀性，有利于提高实验的准确性。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种藻类培养用全光谱光源，包括发光机构和光路调整机构，所述发光机构包括灯板，所述灯板一侧均匀分布有若干led灯珠，所有led灯珠分成若干组，所有组lrd灯珠均呈环状分布且与灯板同心设置。

4、所述光路调整机构包括抛物面镜、混光棒和透镜，抛物面镜和透镜分别设于光板两侧且所述抛物面镜位于led灯珠所在侧，所述混光棒设于灯板中心，所述混光棒与灯板垂直设置且混光棒两端分别位于灯板两侧，以使led灯珠发出的光束经抛物面镜聚焦至混光棒内充分混光形成空间均匀分布的光束，而从混光棒射出的光束经透镜后准直成平行光束。

5、进一步地，还包括灯罩，所述灯罩一端面敞口设置，所述发光机构、抛物面镜和混光棒设于灯罩内，所述透镜设于灯罩敞口处以将该端面封闭。

6、进一步地，所述灯板为散热片，led灯珠通过导热材料设置在散热片上。

7、进一步地，所有led灯珠并联设置，便于单独控制led灯珠启闭。

8、进一步地，所有led灯珠覆盖有六个波段：

9、第一波段，所述第一波段的波长范围为：400~500 nm。

10、第二波段，所述第二波段的波长范围为：500~600 nm。

11、第三波段，所述第三波段的波长范围为：600~700 nm。

12、第四波段，所述第四波段的波长范围为：700~800 nm。

13、第五波段，所述第五波段的波长范围为：800~900 nm。

14、第六波段，所述第六波段的波长范围为：900~1100 nm。

15、更进一步地，每个波段对应有若干不同波长的led灯珠，其中：

16、第一波段，包括峰值波长为405 nm、410 nm、415 nm、420 nm、450 nm、470 nm、480nm和490 nm的led灯珠。

17、第二波段，包括峰值波长为510 nm、520 nm、525 nm和560 nm的led灯珠。

18、第三波段，包括峰值波长为610 nm、612 nm、620 nm、630 nm、660 nm和690 nm的led灯珠。

19、第四波段，包括峰值波长为700 nm、710 nm、720 nm、735 nm、740 nm、760 nm和780nm的led灯珠。

20、第五波段，包括峰值波长为800 nm、810 nm、830 nm、850 nm、860 nm、880 nm和890nm的led灯珠。

21、第六波段，包括峰值波长为910 nm、940 nm、950 nm、970 nm、980 nm、1020 nm和1050 nm的led灯珠。

22、进一步地，每组led灯珠分成若干段，每段led灯珠按波长大小依次排列。

23、本发明还提供了一种藻类培养用全光谱光源控制方法，根据研究需求设定全光谱光源工作模式；再根据设定工作模式，控制对应峰值波长的led灯珠开启，并通过控制led灯珠开启数量以及开启led灯珠的电流控制光照强度。

24、进一步地，全光谱光源工作模式有两种：一种是太阳光模式，根据存储的试验地的经纬度信息模拟真实太阳光；另一种是定制模式，根据实验需求设定光照波长和光照强度。

25、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

26、1、本发明的光源由多个不同峰值波长（六个波段）的led灯珠组成，可在400-1100nm范围内模拟太阳光谱成分，从而能丰富光照培养条件；同时，led灯珠发出的光束在抛物面镜的作用下聚焦到混光棒内，混光棒能对所有led灯珠发出的光束进行混合，从而得到均匀分布的光束，而后经透镜准直成平行光束射出，有利于提高光束的分布均匀性，利于模拟藻类的太阳光照环境，提高藻类培养研究的科学性和准确性。

27、2、本发明的每个led灯珠可单独控制，可以通过调节led灯珠的电流和开启数量，调节led灯珠的光照强度；且可通过开启对应峰值波长的led灯珠，调节全光谱光源的光照波长；并通过全光谱光源的启闭实现对光照时间的控制，从而实现峰值波长、光照强度和光照时间的灵活控制，利于满足实验各种光照需求。

技术特征：

1.一种藻类培养用全光谱光源，其特征在于，包括发光机构和光路调整机构，所述发光机构包括灯板，所述灯板一侧均匀分布有若干led灯珠，所有led灯珠分成若干组，所有组lrd灯珠均呈环状分布且与灯板同心设置；

2.根据权利要求1所述的一种藻类培养用全光谱光源，其特征在于，还包括灯罩，所述灯罩一端面敞口设置，所述发光机构、抛物面镜和混光棒设于灯罩内，所述透镜设于灯罩敞口处以将该端面封闭。

3.根据权利要求1所述的一种藻类培养用全光谱光源，其特征在于，所述灯板为散热片，led灯珠通过导热材料设置在散热片上。

4.根据权利要求1所述的一种藻类培养用全光谱光源，其特征在于，所有led灯珠并联设置，便于单独控制led灯珠启闭。

5.根据权利要求1所述的一种藻类培养用全光谱光源，其特征在于，所有led灯珠覆盖有六个波段：

6.根据权利要求5所述的一种藻类培养用全光谱光源，其特征在于，每个波段对应有若干不同波长的led灯珠，其中：

7.根据权利要求6所述的一种藻类培养用全光谱光源，其特征在于，每组led灯珠分成若干段，每段led灯珠按波长大小依次排列。

8.一种藻类培养用全光谱光源控制方法，其特征在于，根据研究需求设定全光谱光源工作模式；再根据设定工作模式，控制对应峰值波长的led灯珠开启，并通过控制led灯珠开启数量以及开启led灯珠的电流控制光照强度。

9.根据权利要求8所述的一种藻类培养用全光谱光源控制方法，其特征在于，全光谱光源工作模式有两种：一种是太阳光模式，根据存储的试验地的经纬度信息模拟真实太阳光；另一种是定制模式，根据实验需求设定光照波长和光照强度。

技术总结
本发明公开了一种藻类培养用全光谱光源及其控制方法，该全光谱光源包括发光机构和光路调整机构，发光机构包括灯板，灯板一侧均匀分布有若干LED灯珠，所有LED灯珠分成若干组，所有组LRD灯珠均呈环状分布且与灯板同心设置；光路调整机构包括抛物面镜、混光棒和透镜，抛物面镜和透镜分别设于光板两侧且抛物面镜位于LED灯珠所在侧，混光棒设于灯板中心，混光棒与灯板垂直设置，以使LED灯珠发出的光束经抛物面镜聚焦至混光棒内充分混光形成空间均匀分布的光束，而从混光棒射出的光束经透镜后准直成平行光束。本发明可在400‑1100 nm范围内模拟太阳光谱成分的可控全光谱光源，能丰富光照培养条件，且射出的光束具有良好的均匀性，有利于提高实验的准确性。

技术研发人员：蒋艳雪,郭劲松,林贵娇,陈静,朱涛
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16