干货| 植物人工辐射源研究报告（二）

小泉泉
发布于 2014-11-03 #PPT/视频/资料直接看回复推送文章

引言把LED技术应用于农业种植具有广阔的前景，是继LED照明技术应用之后又一重要的应用领域，代表着未来农业生产的技术创新，是最具有投资价值的新型产业；
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2.LED与LED-PARS介绍
2.1.什么是LED
LED是发光二级管(Light Emitting Diode)的英文缩写，属于LED照明器件，1962年LED开始应用，1993年以前，LED只有红光、绿光、黄光器件，主要用作指示灯，1993年蓝光LED实现了工业化生产，四元素红光LED与蓝光LED应用在植物种植逐渐得到发展。
LED应用在照明领域称之为LED照明固态照明SSL(Solid State Lighting)，LED应用在植物种植称之为植物人工辐射源(LED Plant Artificial Radiation Sources)。

LED用于植物种植具有以下特点：1)可以制造出不同波长组合的人工辐射源。2)电功率到辐射功率的转换效率高。3)LED属于冷光源，发出的光无热辐射。4)单面发光方式，辐射利用率最高。5)辐射量的输出可以通过驱动电流调节。6)辐射量衰减率低，平均寿命达3万小时以上。7)耗电功率低，生产成本低。8)低压直流驱动，可以实现数字化规模控制。9)可以方便接入太阳能、风能供电系统，做到零污染。10)LED器件本身与生产工艺不会产生环境污染。11)产品造价高，初始投入大。
2.2用于植物光合作用的LED光谱图
对于植物人工植物辐射源的研制，我们依据的是太阳辐射与植物光合作用的体系进行的，所以，对于LED器件，也需要从LED的光谱分析开始，图8是LED-PARS常用的波长的光谱图，可以看出，每种波长的光谱中，波形单一平滑，无其他杂波，波形态与植物光合作用的峰值波长形态接近，可以提供多波段的组合。
图8各种波长的LED的光谱图

针对不同的植物，按照其吸收光谱的特性，把这些不同波长的LED按比例组合在一起，形成多波段的人工辐射源，波长的组合和辐射量比例与植物品种有关，不同波长的LED辐射能量与LED本身的辐射特性有关，LED辐射效率与封装厂的品质有关，需要专业仪器进行物理分析才能确定配比组合。
图9是LED-PARS的光谱对比图，从图中可以看出，LED-PARS的光谱图与植物吸收光谱形态接近，可提供多波段辐射，光谱中无红外线辐射。
图9 LED-PARS光谱图

2.3 LED-PARS产品研制的专业分析能力
好亮固体光源研究所，成立于2003年，是国内最早的专业从事研制LED照明光源的民营研究机构，拥有十多项guo jia专利技术，主要的技术研究方向有：LED光电参数分析评估， LED照明产品设计，LED植物人工辐射源设计与应用研究，LED工业循环养殖业应用技术研究，LED光度学与辐射度学研究等。好亮固体光源研究所拥有全套先进的LED器件测试分析设备(图9)，可进行光度学测试和辐射度学测试与分析，具备LED光源产品性能分析的第三方确认能力。
好亮固体光源研究所本着严谨的科学思路，重视电磁辐射的基本理论的研究与应用，对产品的技术研发与参数测试提供科学评测，使得产品品质达到了领先水平，部分产品成为国外农业科研院校的实验室专用设备，取得了许多实用价值的研究成果。
图9 LED测试设备

2.4 LED-PARS技术要点
植物对电磁辐射的吸收只是对特定的波长的电磁辐射的需求，植物并不能区分这些波长的电磁辐射是来自太阳电磁辐射还是人造的电磁辐射源，利用这一特点，我们就可以研制人工电磁辐射源PARS来提供给植物，基于PARS的光谱和辐射强度以及光周期均可以调节，植物可以PARS的辐射下得到最有效率的生长。
植物人工辐射源PARS是以植物电磁辐射理论来指导植物人工辐射源的设计与制造，在LED-PARS出现之前，植物人工辐射源使用的是白炽灯、荧光灯和高压钠灯等照明光源，这些照明光源的共同缺点是波长不能有效控制，光合效率低，大部分的电能都转化为热能被浪费掉，对植物的光合辐射效率低。
近几年出现的LED照明照明光源(SSL)，给植物人工辐射源带来了革命性的转折，受到了全球农业领域的高度重视。
新一代的植物人工辐射源LED-PARS具有很多不可比拟的特点，是一种极有发展前景的人工辐射源，是目前最理想的植物人工辐射源。
对于LED-PARS产品，最主要的技术是辐射量的配比、LED的散热、二次光学设计。植物辐射量的配比是PARS效果的保证，LED散热是产品寿命的更本保证，二次光学设计是PARS效率的保证。
辐射量的配比需要根据不同植物生长特点制定，植物的吸收光谱与PARS辐射光谱需要吻合，植物生长与植物生长地区的日辐射量、气候条件、土质与水质、营养需求等有关，植物吸收光谱分析是最主要的，也是PARS制定光质、光量、光周期的主要依据，植物吸收光谱的测试首先要分析太阳辐射量，测试吸收量后还要验证配比后辐射场的反射量与穿透量，通过多次实验数据基本就可以确定辐射量的配比。
图10是广东佛山9月的太阳光谱数据图。

图10是广东佛山9月的太阳光谱
好亮固体光源研究所研发的专利产品REH(Equalized Radiating Holder均衡式散热支架)是目前大功率LED最好的散热结构，散热性能优异，ERH可以配备反射杯和透镜，实现多种光学输出角度，同时，REH具备防静电能力，使产品寿命得到更本保证。
图11是各种光输出角度的ERH散热支架，ERH散热技术居行业领先。

图11各种光输出角度的ERH散热支架
在辐射效率方面，好亮固体光源研究所采用优化设计理论，创新地提出了MOL二次光学设计(Minimum Optical Loss最小光损技术)，MOL技术是以反射杯为基础，在反射杯的反射面涂有特殊的反射涂层使得光的输出效率提高到92%以上，同时，通过采用MOL技术的光学设计，使得反射中心与边缘的光强度趋于均匀化，辐射面的辐射均匀度得到极大的改善。
如图12所示，MOL技术处于行业领先水平。　　图12 MOL二次光学设计
在产品应用效果方面，通过产品的辐射分布数据文件，可以在产品使用前，计算出种植面的辐射场分布，计算其辐量的平均值，换算出种植面的微摩尔量，验证是否符合植物生长要求，从而预分析种植效果与种植成本，这个步骤是解决应用问题的必要手段。
图13是这些分析的图示。　　图13 设计分析图示
植物人工辐射源的设计方法的最终目的是实现高效率的植物种植，因此，PARS产品设计比照明产品设计过程要复杂很多，需要长期累积的设计经验才能做好产品。
以下是基于REH与MOL技术的PARS产品与种植实验：

2.5 LED在农业植保的创新产品-光防护(IRL-24H)介绍
农业生产中的植物保护(plant protection)也是非常重要的领域，长期以来，农作物的病虫害防治主要是化学防护，喷洒农药不但会在植物上残留有害物质，而且害虫也在提高抗药性，导致需要更大剂量的农药灭虫，对环境、生态和人的健康造成很大影响，如何寻找无毒无害的防治病虫害措施是植保技术人员的难题。
好亮固体光源研究所通过对不同波长的辐射光谱的深入研究，创造性地发明了病虫害的光防护，在防治效果和效率方面达到了国际领先的地位，以光防护为主，配合其他必要的手段，使植物保护达到了新的技术水平。
IRL-24H是好亮固体光源研究所首创的新型植物防虫害的驱虫灯，本产品采用最新科技的物理驱虫原理研制，是最先进的环保型驱虫产品，不会对植物生长造成任何不良影响，对动物和人类也没有任何不良影响，不会造成环境的危害，是农业植保行业首创的高新技术。
本产品在农作物防虫治理上采用特殊光辐射场进行立体的全方位防护，设备安装简单，安装成本低，防虫效率高，本产品并不杀死昆虫，只是利用对人无害的光辐射场驱赶昆虫，从生态的角度，某些对农作物有害的昆虫可能是另外益虫的食物来源，光防护最大程度地保护生态平衡，不会造成有益昆虫的损害，不受季节、气候和环境的影响。
驱虫灯的光辐射场对于昆虫来说，形成是一个巨大的黑洞屏障，昆虫在这个光辐射场里是无法分辨物体和方向，造成昆虫的恐慌性逃离，相比之下，目前使用的紫外线诱虫灯，是吸引昆虫到灯光附近，当昆虫不经意撞到高压电网时被杀死，它无法区分害虫和益虫，如果引诱过来的害虫不接触高压电网，在紫外线诱虫灯周围可能会造成更大的病虫害，紫外线诱虫灯的高压电网在雨季也是非常危险的，紫外线诱虫灯里的紫外线对人眼会造成伤害。
采用防虫网也是无毒无害的环保型防护产品，但是，对于需要开花结果型的植物，防虫网会影响昆虫对植物的授粉，虽然可以采用防虫网，但对病虫害的防治功效也大大降低了，防虫网有应用的局限性。
生物防治也是环保型的植物保护，但是，生物防护受地域环境的影响，同时，生物防护有可能造成局部地区的生态不平衡，需要严格的防护评估，生物防护也只是针对某些害虫进行灭杀，无法做到完全的病虫害防治，也存在着应用的局限性。
下表是几种防虫害效果对比。　　防虫害效果对比
本产品采用最新科技的大功率LED芯片制作，采用本所研制的ERH散热专利技术进行散热，应用我们全新发明的MOL二次光学设计技术，保证了光辐射的均匀度。驱虫的所发出的光对植物也是有益的，可以辅助植物生长，对动物和人眼与身体无害，只驱赶昆虫，无环境与生态问题，是最环保的植物保护产品。