专利名称：一种生物辐照方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物实验研究技术领域，具体是一种生物辐照方法及装置。
背景技术：
目前，很多与生物领域相关的研究过程中，为了能够精确控制温度、湿度、光照等实验条件，通常利用放置在室内的实验箱体进行相关研究和实验。实验箱体通常采用各种电光源进行光辐照，例如荧光灯、LED、氙灯、植物生长灯等。通过对现有技术的研究，发明人发现绝大多数电光源的光谱难以同太阳光相媲美，而生物进化与自然中的太阳光是息息相关的，因此，许多实验研究都希望获得太阳光谱。氙灯虽然具有近似阳光的光谱，但仍 不能完全替代太阳光。并且，通常电光源发热严重，能耗大，例如氙灯在红外谱段有着强烈的辐射，使得电光源自身工作时会向箱体内辐射大量的热量，使得实验箱体的控温精度受到影响。为了消除影响因素，往往需要增加复杂的冷却系统。此外，电光源的光辐照能量偏低。若提高电光源光能，通常是以提高电功率为条件的，而电光源的总电功率中，只有很少的一部分会转换为光能，其他能量都以发热或其他电磁辐射形式消耗掉了。再者，许多精细化实验研究中，需要特定的光谱段对样品进行照射，然而绝大多数箱体都是大面积发光形式，难以使用商业化的小型滤光片进行滤光，如要滤光，则必须特制大面积滤光片，而大面积的滤光片非常昂贵，达到一定尺寸后甚至难以制造难以商业化，成本极为昂贵。由此可见，现有实验箱体中的生物辐照方式难以满足实验研究的需要。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种生物辐照方法及装置，通过将日光作为辐照光源，使得实验箱体中的环境更接近外部的自然环境，从而更易满足实验要求。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案一种生物辐照方法，包括采集外部的日光能源；将所述日光能源引入实验箱体内部；利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照。优选的，所述采集外部的日光能源，包括利用设置在所述实验箱体外部的集光装置采集日光光源，并将照射到所述集光装置中集光面上的日光汇聚成光斑。优选的，所述将所述日光能源引入实验箱体内部，包括通过连接所述集光装置和实验箱体的第一光纤，将所述集光装置采集的日光光源引入实验箱体内部。优选的，所述利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照，包括所述日光能源传输至连接所述第一光纤且设置于所述实验箱体内部所述生物所处位置的第二光纤，经所述第二光纤的出光端口输出，对所述生物进行辐照。优选的，所述利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照，还包括传输至所述第二光纤的日光能源经设置在所述第二光纤出光端口的照射头输出，对所述生物进行辐照。优选的，当所述第一光纤为多条时，在所述日光能源传输至所述第二光纤之前，还包括将多条所述第一光纤进行集束处理。优选的，所述第二光纤为分束光纤。优选的，还包括通过连接所述集光装置的跟踪随动装置，跟踪并调整所述集光装置的方位角度，使得所述集光装置保持最大程度地采集日光。一种生物辐照装置，包括
日光采集单元，用于采集外部的日光能源；日光引入单元，用于将所述日光能源引入实验箱体内部；辐照单元，用于利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照。优选的，所述日光采集单元设置在所述实验箱体外部，还用于将照射到所述集光装置中集光面上的日光汇聚成光斑。优选的，所述日光引入单元，包括连接所述集光装置和实验箱体的第一光纤。优选的，所述辐照单元，包括连接所述第一光纤且设置于所述实验箱体内部所述生物所处位置的第二光纤。优选的，还包括集束单元，用于当所述第一光纤为多条时，在所述日光能源传输至所述第二光纤之前，将多条所述第一光纤进行集束处理。优选的，所述第二光纤为分束光纤。优选的，所述辐照单元，还包括设置在所述第二光纤出光端口的照射头，用于输出所述日光光源，对所述生物进行辐照。优选的，还包括通过连接所述集光装置的跟踪随动单元，用于跟踪并调整所述集光装置的方位角度，使得所述集光装置保持最大程度地采集日光。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点本发明技术方案中，直接将太阳作为光源，即使不作任何校正，其输出的光谱与直接的太阳光直接的差异也优于目前几乎所有的电光源，对于生物、生化等许多实验研究而言，可以在箱体内获得与户外几乎一样的光照条件。由于采用真实的太阳光进行辐照，能够实现与现实一致的昼夜交替实验，从而反映自然界中的光能变化对生物或生化实验过程的影响。并且，引入到箱体中的太阳光所携带的热量较小且易于控制，能够大大降低能耗。
通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图I为本发明提供的一种生物辐照方法实施例流程示意图；图2为本发明提供的一个具体应用场景示意图；图3为本发明提供的一种生物辐照装置结构示意图4为本发明提供的另一种生物辐照装置结构示意图。
具体实施例方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。本发明的技术方案提供一种生物辐照方法，通过将日光作为辐照光源，使得实验箱体中的环境更接近外部的自然环境，从而更易满足实验要求。具体而言，如图I所示，所述辐照方法包括 步骤101、采集外部的日光能源；步骤102、将所述日光能源引入实验箱体内部；步骤103、利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照。本发明技术方案中，直接将太阳作为光源，即使不作任何校正，其输出的光谱与直接的太阳光直接的差异也优于目前几乎所有的电光源，对于生物、生化等许多实验研究而言，可以在箱体内获得与户外几乎一样的光照条件。由于采用真实的太阳光进行辐照，能够实现与现实一致的昼夜交替实验，从而反映自然界中的光能变化对生物或生化实验过程的影响。并且，引入到箱体中的太阳光所携带的热量较小且易于控制，能够大大降低能耗。具体实施过程中，可以在实验箱体外部架设集光装置，通过该集光装置进行日光光源的采集。通常，集光装置可以架设在楼顶、楼体外墙以及地面。架设的基本要求是在太阳运行的轨迹上基本无阻挡，即集光装置与太阳之间可视。集光装置的具体形式、集光面积可以根据实际需要进行选择。一般的实现方式有透镜(包括普通汇聚透镜、菲涅尔透镜等)，抛物面聚光器等。其作用均为将照射到集光装置中集光面上的太阳光汇聚成较小的光斑，实现对阳光的“压缩”。部分集光装置为了进一步缩小聚光焦点，可以通过二次光学汇聚实现，二次光学汇聚可以通过锥镜实现。一般，集光装置安置在一个牢固支架上，支架上还可以设置跟踪随动装置，该跟踪随动装置与集光装置连接，根据集光装置中阳光探测器的探测信息，实时调整集光装置的方位角度(包括方位角和俯仰角)，使得集光装置能够保持最大程度地收集太阳光。为了将所述日光能源引入实验箱体内部，可以在集光装置和实验箱体之间设置光纤装置，此处的光纤装置暂命名为第一光纤。集光装置将收集的太阳光汇聚成一个很小的、高能量的光斑，其焦点位置在第一光纤的入光端口附近，形成一次光纤稱合。光纤稱合需要适当的数值孔径以获得较大的传输效率。一些应用场景下，可以做光纤端头的散热处理，或者，根据不同的应用可在光纤的入光端口做滤光处理。经过耦合后，太阳光进入第一光纤，利用光纤的基本特性，可将光引入到室内与实验箱体对接。可在实验箱体上设置方便易用的入光接口，光纤可在箱体夹层内安布。实验箱体内部还可以设置第二光纤，该第二光纤与前述第一光纤连接，可在实验箱体内部延伸至生物所处位置。该第二光纤可以是实验箱体外部第一光纤在实验箱体内部的延续部分，也可以是与第一光纤连接且单独的光纤装置，对此，本发明不做具体限定。通常，位于实验箱体外部的第一光纤为多条，可以在所述日光能源传输至所述第二光纤之前，将多条所述第一光纤进行集束处理。太阳光中的红外部分约占43%，多数光纤可以充分吸收红外带来的热量而通过可见光和近紫外光。因此，引入到实验箱体内部的光所携带的热量较小并且易于控制。日光能源经过第一光纤、第二光纤的传输，在第二光纤的出光端口输出，对所述生物进行辐照。该实现方式下，是直接利用光纤的出光端口进行辐照。另一种实现方式下，可以在第二光纤出光端口处连接照射头，通过照射头对生物进行辐照。照射头可以根据实验应用场景，分布在实验箱体内壁上的任意位置或实验箱体内部空间中的任意位置。照射头具体可以通过透镜实现。通过该照射头，实现进入实验箱体内部的日光的发射照射效果。具体实现时，第二光纤可以是分束光纤，从而在实验箱体内部形成多组光路，每一 组光路均由一根分束光纤和照射头构成。第一光纤输出的日光进入每组光路进行传输，以此实现实验箱体内光辐照的多点分布。此外，第一光纤也可以设置为分束光纤的形式，从而形成多端入光、多端出光的光纤阵列模式，即在采光环节使用多个集光装置，每个集光装置均连接一根传输光纤，在进入实验箱体之前，将多根光纤集束，进入实验箱体之后再将光纤分束，在实验箱体夹层中安布好，在每根分束光纤出光端口配置照射头。上述技术方案中，引入自然阳光与生物实验箱之间的结合，完全颠覆了以往一直依赖各种电光源作为光辐照源的情况。因发光光源来自于太阳，随着光纤工业的发展，例如采用石英光纤，即便不做任何光谱修正处理，实验箱体内所获得的光谱几乎可与阳光一致。在无云的天气下，获得的光能可大幅度超过现有箱体，有利于多种实验的效果。在不加任何装置的情况下，可直接实现现实昼夜交替的阳光辐照效果。利用光纤可弯曲、占空间体积小的特性，可将引入的阳光分束后，在实验箱体中实现任意位置的照射布局，易于实现多点照射布局；进一步通过采用角度可调的光纤照射头，实现实验箱体内光场分布的任意调节，甚至可实现局部增强照射，实现与现实环境中一致的光照强度。此外，由于实验箱体内部采用光纤形式进行光辐照，使得易于结合小型的、商业化的滤光片对进入箱体内部的光谱进行处理，获得用户所需要的特定光谱。例如使用550nm的滤光片，可以考量某植物在该波长作用下的生长效果，形成和其他波长照射效果的对比。再者，实验箱体内的温度更容易得到控制，控温范围和控温精度可得到明显提高。另外，将太阳光引入实验箱体内部不需要任何实现电路，因此，对于箱体经常所需的其他功能，如加湿，带来了更高的安全性和更灵活多样的设计条件。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。参见图2所示，为本发明提供的一个具体应用场景示意图。其中，I为集光装置，2为阳光探测器；3为俯仰角转轴，4为光纤耦合装置，5为方位角转轴，6为光纤，7为支撑装置，8为屋顶，9为室内，10为实验箱体，11为箱门，12为入箱光纤接口，13为分束光纤，14为照射头，15为生物样品。该应用场景中，放置在屋顶8上的集光装置I上集成有阳光探测器2，可根据自身的阳关探测信息，实时调整集光装置的方位角度，包括方位角和俯仰角，使得集光装置能够保持最大程度地收集太阳光。具体地，集光装置I可以为普通汇聚透镜、菲涅尔透镜等透镜形式，或者椭球面聚光器等形式。集光装置I将照射到集光面上的太阳光汇聚成较小的光斑。通常，集光装置I可以有至少一个集光面，每一个集光面连接有一根光纤。图2所75仅为包含一个集光面的集光装置形式，因此,仅有一根光纤，即光纤6。集光装置I通过光纤6和放置在 室内9的实验箱体10连接，将采集到的日光能源通过光纤6传输至实验箱体10的内部，实验箱体10内部，通过分束光纤13，将输入的日光进行分束，形成多组光路，每一组光路均由一根分束光纤和设置在分束光纤输出端口的照射头14构成,通过照射头14，对箱体内部的生物样品15进行辐照。当6所示的光纤有多条时，在将光纤引入实验箱体内部之前，可以对该多条光纤进行集束处理。当竟如箱体内部之后，再进行分束处理，可以连接分束光纤13，形成多组辐照光路。相应上述辐照方法实施例，本发明还提供了一种生物辐照装置，如图3所示，该装置具体包括日光采集单元301，用于采集外部的日光能源；日光引入单元302，用于将所述日光能源引入实验箱体内部；辐照单元303，用于利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照。上述生物辐照装置中，直接将太阳作为光源，即使不作任何校正，其输出的光谱与直接的太阳光直接的差异也优于目前几乎所有的电光源，对于生物、生化等许多实验研究而言，可以在箱体内获得与户外几乎一样的光照条件。由于采用真实的太阳光进行辐照，能够实现与现实一致的昼夜交替实验，从而反映自然界中的光能变化对生物或生化实验过程的影响。并且，引入到箱体中的太阳光所携带的热量较小且易于控制，能够大大降低能耗。具体实施过程中，所述日光采集单元设置在所述实验箱体外部，可以架设在楼顶、楼体外墙以及地面，基本要求是在太阳运行的轨迹上基本无阻挡。集光装置的具体形式、集光面积可以根据实际需要进行选择。一般的实现方式有透镜(包括普通汇聚透镜、菲涅尔透镜等)，抛物面聚光器等。其作用均为将照射到集光装置中集光面上的太阳光汇聚成较小的光斑，实现对阳光的“压缩”。部分集光装置为了进一步缩小聚光焦点，可以通过二次光学汇聚实现。所述日光引入单元，可以包括连接所述集光装置和实验箱体的第一光纤。为了将所述日光能源引入实验箱体内部，所述日光引入单元可以是在集光装置和实验箱体之间设置光纤装置，此处的光纤装置暂命名为第一光纤。集光装置将收集的太阳光汇聚成一个很小的、高能量的光斑，其焦点位置在第一光纤的入光端口附近，形成一次光纤耦合。经过耦合后，太阳光进入第一光纤，利用光纤的基本特性，可将光引入到室内与实验箱体对接。可在实验箱体上设置方便易用的入光接口，光纤可在箱体夹层内安布。当所述第一光纤为多条时，在所述日光能源传输至所述第二光纤之前，还可以通过集束单元将多条所述第一光纤进行集束处理。所述辐照单元，可以包括连接所述第一光纤且设置于所述实验箱体内部所述生物所处位置的第二光纤。上述辐照单元中，是直接利用第二光纤的出光端口进行辐照。具体的，该第二光纤与前述第一光纤连接，可在实验箱体内部延伸至生物所处位置。该第二光纤可以是实验箱体外部第一光纤在实验箱体内部的延续部分，也可以是与第一光纤连接且单独的光纤装置。日光能源经过第一光纤、第二光纤的传输，在第二光纤的出光端口输出，对所述生物进行辐照。在本发明提供的另一种装置实施例中，所述辐照单元，还可以包括设置在所述第二光纤出光端口的照射头，用于输出所述日光光源，对所述生物进行辐照。该辐照单元实现方式下，可以在第二光纤出光端口处连接照射头，通过照射头对生物进行辐照。具体实现时，第二光纤可以是分束光纤，从而在实验箱体内部形成多组光路，每一组光路均由一根分束光纤和照射头构成。第一光纤输出的日光进入每组光路进行传输，以此实现实验箱体内光辐照的多点分布。此外，第一光纤也可以设置为分束光纤的形式，从而形成多端入光、多端出光的光纤阵列模式，即在采光环节使用多个集光装置，每个集光装置均连接一根传输光纤，在进入实验箱体之前，将多根光纤集束，进入实验箱体之后再将光纤分束，在实验箱体夹层中安布好，在每根分束光纤出光端口配置照射头。为了更加高效地采集日光，在本发明提供的另一种生物辐照装置实施例中，如图4 所示，该装置还可以包括通过连接所述集光装置的跟踪随动单元304，用于跟踪并调整所述集光装置的方位角度，使得所述集光装置保持最大程度地采集日光。该装置实施例中，跟踪随动装置与集光装置连接，根据集光装置中阳光探测器的探测信息，实时调整集光装置的方位角度(包括方位角和俯仰角)，使得集光装置能够保持最大程度地收集太阳光。对于装置实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种生物辐照方法，其特征在于，包括采集外部的日光能源；将所述日光能源引入实验箱体内部；利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照。
2.根据权利要求I所述的生物辐照方法，其特征在于，所述采集外部的日光能源，包括利用设置在所述实验箱体外部的集光装置采集日光光源，并将照射到所述集光装置中集光面上的日光汇聚成光斑。
3.根据权利要求2所述的生物辐照方法，其特征在于，所述将所述日光能源引入实验箱体内部，包括通过连接所述集光装置和实验箱体的第一光纤，将所述集光装置采集的日光光源引入实验箱体内部。
4.根据权利要求3所述的生物辐照方法，其特征在于，所述利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照，包括所述日光能源传输至连接所述第一光纤且设置于所述实验箱体内部所述生物所处位置的第二光纤，经所述第二光纤的出光端口输出，对所述生物进行辐照。
5.根据权利要求4所述的生物辐照方法，其特征在于，所述利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照，还包括传输至所述第二光纤的日光能源经设置在所述第二光纤出光端口的照射头输出，对所述生物进行辐照。
6.根据权利要求4或5所述的生物辐照方法，其特征在于，当所述第一光纤为多条时， 在所述日光能源传输至所述第二光纤之前，还包括将多条所述第一光纤进行集束处理。
7.根据权利要求4所述的生物辐照方法，其特征在于，所述第二光纤为分束光纤。
8.根据权利要求2所述的生物辐照方法，其特征在于，还包括通过连接所述集光装置的跟踪随动装置，跟踪并调整所述集光装置的方位角度，使得所述集光装置保持最大程度地采集日光。
9.一种生物辐照装置，其特征在于，包括日光采集单元，用于采集外部的日光能源；日光引入单元，用于将所述日光能源引入实验箱体内部；辐照单元，用于利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照。
10.根据权利要求9所述的生物辐照装置，其特征在于，所述日光采集单元设置在所述实验箱体外部，还用于将照射到所述集光装置中集光面上的日光汇聚成光斑。
11.根据权利要求10所述的生物辐照装置，其特征在于，所述日光引入单元，包括连接所述集光装置和实验箱体的第一光纤。
12.根据权利要求11所述的生物辐照装置，其特征在于，所述辐照单元，包括连接所述第一光纤且设置于所述实验箱体内部所述生物所处位置的第二光纤。
13.根据权利要求11或12所述的生物辐照装置，其特征在于，还包括集束单元，用于当所述第一光纤为多条时，在所述日光能源传输至所述第二光纤之前， 将多条所述第一光纤进行集束处理。
14.根据权利要求11所述的生物辐照装置，其特征在于，所述第二光纤为分束光纤。
15.根据权利要求12所述的生物辐照装置，其特征在于，所述辐照单元，还包括 设置在所述第二光纤出光端口的照射头，用于输出所述日光光源，对所述生物进行辐照。
16.根据权利要求9所述的生物辐照装置，其特征在于，还包括通过连接所述集光装置的跟踪随动单元，用于跟踪并调整所述集光装置的方位角度， 使得所述集光装置保持最大程度地采集日光。
全文摘要
本发明公开了一种生物辐照方法及装置。其中，所述方法包括采集外部的日光能源；将所述日光能源引入实验箱体内部；利用所述日光能源对所述实验箱体内的生物进行辐照。本发明集束方案中，通过将日光作为辐照光源，使得实验箱体中的环境更接近外部的自然环境，从而更易满足实验要求。
文档编号B01J19/08GK102921362SQ201210436489
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者陈磊 申请人:北京泊菲莱科技有限公司