專利名稱：生物照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動化儀器儀表領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有光譜調(diào)節(jié)功能的電磁感應(yīng)燈生物照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
研究表明光照對生物有很重要的作用，從上世紀中葉科研人員開始進行光照對生物生長的影響的研究，經(jīng)過長期研究已經(jīng)取得很多成果。在植物研究方面，光合作用受光照影響的催化劑機理(如Making light work ofenzyme catalysisprotochlorophyllide oxidoreductase，TRENDS INBIOCHEMICAL SCIENCES 30(11)642-649 NOV。2005)，光照還可以改變植物的生長周期(如Conserved Expression Profiles of CircadianClock-Related Genes in Two Lemna Species Showing Long-Day-andShort-Day Photoperiodic Flowering Responses，Plant Cell Physiol.Volume5，IssueMar，Date200639，Pages499-506，2006)。在動物研究方面，光照對動物的生長有重要作用(如Department of Agriculture and Food-TheWelfare of Pigs on Farm and In Transit，Irland，2003)。光在組織培育和食品加工上也有很多應(yīng)用。光照在生物應(yīng)用中主要可以起兩部分作用1、補充日光照明，實現(xiàn)增產(chǎn)的目的；2、打破生物節(jié)律，改變光周期，實現(xiàn)反季節(jié)、節(jié)奏生產(chǎn)。
目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上光照還不能象施肥、灌溉等一樣進行很好的人工控制，只能依賴自然光照明，而太陽光在不同的季節(jié)、天氣和地區(qū)的變化是不同的，變化的規(guī)律比較復雜，因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)靠天吃飯的局面很難改變。目前在生物照明上的光源主要是白熾燈和高強度氣體放電燈來作為模擬光源，其光譜很難調(diào)節(jié)，只能作一些基本的應(yīng)用。目前還有發(fā)光二極管(LED)用于生物照明的研究，目前由于LED技術(shù)本身的原因，在功率和譜線波長選擇上還是有很大局限。另外一個比較大的局限是照明光源的光譜輸出的動態(tài)調(diào)節(jié)有很大局限性。
于是，如何提供一種具有可以有效調(diào)節(jié)光譜的光源的生物照明系統(tǒng)在本領(lǐng)域中有著迫切的需求，考慮到電磁感應(yīng)燈可以較好地實現(xiàn)光譜的調(diào)節(jié)，因此采用電磁感應(yīng)燈作為光源是一種理想的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有光譜調(diào)節(jié)功能的電磁感應(yīng)燈生物照明系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種生物照明系統(tǒng)，包括電磁感應(yīng)燈；燈具系統(tǒng)，輸入和電磁感應(yīng)燈的輸出相連，將電磁感應(yīng)燈的出射光集中到需要照明的生物空間；輻射感應(yīng)裝置，連接到燈具系統(tǒng)的輸出，獲得瞬時的光譜和照度信息；控制裝置，連接到輻射感應(yīng)裝置，控制裝置控制光照的信息，通過和預(yù)先編程設(shè)定的信息比對，動態(tài)地調(diào)控電磁感應(yīng)燈的光照強度和光譜分布來消除環(huán)境變化的影響；光源控制電路，連接到控制裝置的輸出，控制裝置將動作指令提供給光源控制電路光源控制電路的輸出和電磁感應(yīng)燈相連，控制電磁感應(yīng)燈的光譜輸出和強度控制。
較佳的，該生物照明系統(tǒng)還包括顯示系統(tǒng)，連接輻射感應(yīng)裝置，顯示光照的信息。
其中，電磁感應(yīng)燈使用單一光源或不同光譜的光源組合來實現(xiàn)不同的生物照明要求。
所述控制裝置控制光譜、光照的強度、光照的時間節(jié)律和工作的頻率。所述控制裝置包括單片機，以及集成電路芯片。
所述輻射感應(yīng)裝置探測實際的照明環(huán)境來動態(tài)地調(diào)控電磁感應(yīng)燈的光照強度，以適應(yīng)不同天氣照明條件下的應(yīng)用情況。
所述光源控制電路包括調(diào)光電路，可實現(xiàn)電磁感應(yīng)燈的可重復性調(diào)光。
所述調(diào)光電路包括調(diào)頻電路或者調(diào)壓電路。調(diào)頻電路包括一電子鎮(zhèn)流器逆變控制芯片，該芯片連接一可變電阻，通過可變電阻阻值的變化改變該芯片輸出的驅(qū)動信號的頻率，該驅(qū)動信號驅(qū)動所述電磁感應(yīng)燈。調(diào)壓電路包括一電子鎮(zhèn)流器功率因素校正芯片，該芯片連接一可變電阻，通過可變電阻阻值的變化改變該芯片輸出的電壓的幅值，該電壓驅(qū)動所述電磁感應(yīng)燈。
采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)照明光譜的調(diào)整，實現(xiàn)生物照明要求的光譜照明。并且電磁感應(yīng)燈壽命長，在壽命期間光衰十分小，而且不會擔心發(fā)光物質(zhì)和電極的相互作用，可靠性好。本發(fā)明的生物照明系統(tǒng)可以實現(xiàn)瞬時啟動和再啟動，頻繁開關(guān)對系統(tǒng)的壽命沒有影響。并且光強的線性調(diào)光，穩(wěn)定性好。光源控制電路采用IC芯片驅(qū)動，可以實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖對實施例的說明而變得更加明顯，在附圖中相同的附圖標記始終表示相同的特征。其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的一種生物照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的調(diào)頻電路的電路結(jié)構(gòu)圖，其中該調(diào)頻電路用于電磁感應(yīng)燈的調(diào)光；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的調(diào)壓電路的電路結(jié)構(gòu)圖，其中該調(diào)壓電路用于電磁感應(yīng)燈的調(diào)光。
具體實施例方式
生物照明系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明，提供一種生物照明系統(tǒng)，參考圖1示出了該生物照明系統(tǒng)的一實施例100的結(jié)構(gòu)框圖，包括電磁感應(yīng)燈102；燈具系統(tǒng)104，輸入和電磁感應(yīng)燈102的輸出相連，將電磁感應(yīng)燈102的出射光集中到需要照明的生物空間；輻射感應(yīng)裝置106，連接到燈具系統(tǒng)104的輸出，獲得瞬時的光譜和照度信息；控制裝置108，連接到輻射感應(yīng)裝置106，控制裝置108控制光照的信息，通過和預(yù)先編程設(shè)定的信息比對，動態(tài)地調(diào)控電磁感應(yīng)燈102的光照強度來消除環(huán)境變化的影響；光源控制電路110，連接到控制裝置108的輸出，控制裝置108將動作指令提供給光源控制電路110光源控制電路110的輸出和電磁感應(yīng)燈102相連，控制電磁感應(yīng)燈102的光譜輸出和強度控制。
參考圖1所示的實施例，該生物照明系統(tǒng)100還包括顯示系統(tǒng)112，連接輻射感應(yīng)裝置106，顯示光照的信息以便于操作人員的操作。
電磁感應(yīng)燈在本發(fā)明的生物照明系統(tǒng)中，采用電磁感應(yīng)燈作為系統(tǒng)的光源，電磁感應(yīng)燈突破了傳統(tǒng)的白熾燈、氣體放電燈的發(fā)光機理，成為人們公認的新一代光源。其高光效、長壽命、高顯色性、光線穩(wěn)定等特點，使電磁感應(yīng)燈源成為理想的綠色照明光源之一。電磁感應(yīng)燈是由電子鎮(zhèn)流器、功率耦合線圈、無極熒光燈管組合而成的。其燈管是一個真空放電腔體，它的一端設(shè)置汞齊，放電腔內(nèi)填充緩沖放電氣體，形成連續(xù)的閉合放電環(huán)路，放電腔通過繞以功率耦合線圈的環(huán)形鐵氧體磁芯的中心軸線。電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的高頻電磁能量通過功率耦合線圈耦合進入放電的等離子體中，事實上功率耦合線圈和放電腔體可以視為一個變壓器的初級和次級，通過線圈的電流產(chǎn)生交變的磁通量，進而又沿放電腔產(chǎn)生感應(yīng)電場來維持等離子體放電，激發(fā)汞離子產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)稀土三基色熒光粉發(fā)出可見光用于照明。
電磁感應(yīng)燈的基本原理是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，此外，本申請的申請人提出過數(shù)項基于改進的電磁感應(yīng)燈的技術(shù)的專利申請，在此引用，在上述專利中所涉及的電磁感應(yīng)燈的改進技術(shù)都可以被應(yīng)用到本發(fā)明的生物照明系統(tǒng)中，包括申請?zhí)枮?00510027617.3，題為“電磁感應(yīng)燈及其燈管”；申請?zhí)枮?00520039974.7，題為“電磁感應(yīng)燈”；申請?zhí)枮?00420107818.5，題為“具有改進結(jié)構(gòu)的電磁感應(yīng)燈”；申請?zhí)枮?00420090175.8，題為“可儲存太陽能的電磁感應(yīng)燈”；申請?zhí)枮?00410018262.7，題為“電磁感應(yīng)燈”的專利申請。上述專利申請中涉及的有關(guān)電磁感應(yīng)燈的技術(shù)均可被用于本發(fā)明的生物照明系統(tǒng)中，需要說明的是，電磁感應(yīng)燈作為本發(fā)明的光源是本發(fā)明的生物系統(tǒng)中的一個組件，本發(fā)明并不是主要針對電磁感應(yīng)燈的改進而做出的。
此外，根據(jù)本發(fā)明的生物照明系統(tǒng)的應(yīng)用要求，電磁感應(yīng)燈可使用單一光源或不同光譜的光源組合來實現(xiàn)不同的生物照明要求。光源的功率可以根據(jù)實際應(yīng)用的需要進行選擇，可以從15W-200W。此外，根據(jù)應(yīng)用的要求，該電磁感應(yīng)燈應(yīng)該可以實現(xiàn)光譜200nm-900nm范圍的光譜控制，壽命可以超過6萬小時。
燈具系統(tǒng)本發(fā)明的燈具系統(tǒng)，輸入和電磁感應(yīng)燈的輸出相連，將電磁感應(yīng)燈的出射光集中到需要照明的生物空間。
燈具系統(tǒng)應(yīng)包括準直裝置，通過燈具系統(tǒng)的準直裝置出射出符合生物要求的光照。較佳的，燈具系統(tǒng)的設(shè)計還包括了防塵防水的設(shè)計來適應(yīng)生物照明的各種要求，提高系統(tǒng)的可靠性。通過在燈具系統(tǒng)中增加準直裝置，可提高光通的利用效率。此外，燈具系統(tǒng)還可以根據(jù)實際需要采用光觸媒涂層和負離子發(fā)生裝置來實現(xiàn)清潔和消毒功能。
輻射感應(yīng)裝置輻射感應(yīng)裝置連接到燈具系統(tǒng)的輸出，獲得瞬時的光譜和照度信息此外，輻射感應(yīng)裝置還探測實際的照明環(huán)境來動態(tài)地調(diào)控電磁感應(yīng)燈的光照強度，以適應(yīng)不同天氣照明條件下的應(yīng)用情況。根據(jù)一實施例，輻射感應(yīng)裝置可采用CCD光電探測器，能夠快速測量實際的光譜環(huán)境和光照強度，并由控制裝置根據(jù)不同的對比結(jié)果來進行進一步的控制修正，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)整。
控制裝置控制裝置連接到輻射感應(yīng)裝置，控制裝置控制光照的信息，通過和預(yù)先編程設(shè)定的信息比對，動態(tài)地調(diào)控電磁感應(yīng)燈的光照強度來消除環(huán)境變化的影響。根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制裝置控制光譜、光照的強度、光照的時間節(jié)律和工作的頻率?？刂蒲b置可以采用單片機來實現(xiàn)也可以根據(jù)大批量產(chǎn)品的需要采用集成電路芯片來實現(xiàn)，控制裝置具有預(yù)設(shè)程序和動態(tài)控制的功能，通過所采集的當前數(shù)據(jù)和所保存的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)的對比來實現(xiàn)對于光譜、光照的強度、光照的時間節(jié)律和工作的頻率的動態(tài)控制。
光源控制電路光源控制電路連接到控制裝置的輸出，控制裝置將動作指令提供給光源控制電路，光源控制電路的輸出和電磁感應(yīng)燈相連，控制電磁感應(yīng)燈的光譜輸出和強度控制。光源控制電路中應(yīng)當包括調(diào)光電路，可實現(xiàn)電磁感應(yīng)燈的可重復性調(diào)光。
調(diào)光性能對生物照明和節(jié)約能源有非常重要的作用，根據(jù)生物照明場合的要求，進行適當?shù)恼{(diào)光控制可以更好地達到生物照明的需要，還可以降低照明耗電減少生產(chǎn)成本。目前實際應(yīng)用的對電磁感應(yīng)燈的調(diào)光主要有兩種方法調(diào)頻法和調(diào)壓法。
調(diào)頻法通過提高鎮(zhèn)流器內(nèi)開關(guān)器件的通斷頻率來降低燈的輸入功率，從而達到調(diào)光的目的。當鎮(zhèn)流器的工作頻率提高的時候，與燈串聯(lián)的鎮(zhèn)流電感感抗增大，而燈并聯(lián)的諧振電容容抗變小，這兩點使得流過燈管的電流減小，燈消耗的功率隨之下降。
調(diào)壓法開關(guān)器件的工作頻率恒定，通過改變鎮(zhèn)流器中整流后的直流電壓的幅值來調(diào)節(jié)燈的輸入功率，從而達到調(diào)光的目的。整流后的直流電壓通過BOOST電路，通過PWM方法來調(diào)節(jié)BOOST電路的輸出直流電壓的幅值，進而改變燈的輸入功率。
因此，本發(fā)明的光源控制電路中的調(diào)光電路也提供了兩種不同的調(diào)光實現(xiàn)方法，調(diào)頻電路或者調(diào)壓電路。
其中，調(diào)頻電路的電路圖可參考圖2所示，該調(diào)頻電路包括一電子鎮(zhèn)流器逆變控制芯片，該芯片連接一可變電阻，通過可變電阻阻值的變化改變該芯片輸出的驅(qū)動信號的頻率，該驅(qū)動信號驅(qū)動電磁感應(yīng)燈。具體參考圖2，電子鎮(zhèn)流器逆變控制芯片HY4501引腳6，在圖2中使用圓點標出，引腳6上的電壓信號能改變芯片HY4501的驅(qū)動信號頻率，該驅(qū)動信號用來驅(qū)動電磁感應(yīng)燈，因此通過該電子鎮(zhèn)流器逆變控制芯片HY4501可改變系統(tǒng)工作頻率，實現(xiàn)調(diào)頻調(diào)光。具體的變頻操作是通過采樣連接在引腳6上的可變電阻R2上的電壓信號實現(xiàn)。
其中，調(diào)壓電路的電路圖可參考圖3所示，該調(diào)壓電路包括一電子鎮(zhèn)流器功率因素校正芯片，該芯片連接一可變電阻，通過可變電阻阻值的變化改變該芯片輸出的電壓的幅值，該電壓驅(qū)動所述電磁感應(yīng)燈。具體參考圖3所示，電子鎮(zhèn)流器功率因素校正芯片HY4502引腳1，在圖3中使用圓點標出，引腳1上的電壓反饋信號能改變直流電壓的幅值，該直流電壓驅(qū)動電磁感應(yīng)燈，從而實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)光。具體調(diào)壓方法是改變圖3中連接在引腳1上的電阻R1的阻值，從而改變電壓反饋信號數(shù)值。
綜合而言，本發(fā)明的生物照明系統(tǒng)的基本工作原理如下在電磁感應(yīng)燈中采用不同的熒光粉可以得到不同的光譜功率分布，由于生物照明的個性需求的不同，對照明光譜的要求和人類照明用的光譜有很大的不同，因此采用不同于普通照明的熒光粉可以更好地達到生物照明的使用要求。在生物照明的使用中，照明環(huán)境通常會濕度較大，防潮性能會影響到系統(tǒng)實際的使用壽命。另外在生物照明中采用殺菌消毒裝置可以減少病菌對生物的侵害，可以減少藥品的使用，而提高產(chǎn)品的品質(zhì)。系統(tǒng)工作時，由于控制裝置已經(jīng)對個性生物的照明需求進行預(yù)先設(shè)定，包括了照明需要的光譜、光照的強度、持續(xù)時間、開關(guān)時間等，整個系統(tǒng)在控制裝置的監(jiān)視下工作，一旦通電控制裝置可以判斷需要執(zhí)行的動作和步驟，并傳送到光源控制電路，光源控制電路對輸入信息進行處理并對電磁感應(yīng)燈進行控制，電磁感應(yīng)燈根據(jù)要求進行發(fā)光，實現(xiàn)生物照明的需求。在實現(xiàn)過程中輻射感應(yīng)裝置進行實時監(jiān)控，定時發(fā)射信號到編程控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)，編程控制系統(tǒng)根據(jù)信號的變化來決定是否需要對光源控制進行調(diào)整。
采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)照明光譜的調(diào)整，實現(xiàn)生物照明要求的光譜照明。并且電磁感應(yīng)燈壽命長，在壽命期間光衰十分小，而且不會擔心發(fā)光物質(zhì)和電極的相互作用，可靠性好。本發(fā)明的生物照明系統(tǒng)可以實現(xiàn)瞬時啟動和再啟動，頻繁開關(guān)對系統(tǒng)的壽命沒有影響。并且光強的線性調(diào)光，穩(wěn)定性好。光源控制電路采用IC芯片驅(qū)動，可以實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整。
上述實施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實現(xiàn)或使用本發(fā)明的，熟悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本發(fā)明的保護范圍并不被上述實施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求
1.一種生物照明系統(tǒng)，其特征在于，包括電磁感應(yīng)燈；燈具系統(tǒng)，輸入和電磁感應(yīng)燈的輸出相連，將電磁感應(yīng)燈的出射光集中到需要照明的生物空間；輻射感應(yīng)裝置，連接到燈具系統(tǒng)的輸出，獲得瞬時的光譜和照度信息；控制裝置，連接到輻射感應(yīng)裝置，控制裝置控制光照的信息，通過和預(yù)先編程設(shè)定的信息比對，動態(tài)地調(diào)控電磁感應(yīng)燈的光照強度和光譜分布來消除環(huán)境變化的影響；光源控制電路，連接到控制裝置的輸出，控制裝置將動作指令提供給光源控制電路光源控制電路的輸出和電磁感應(yīng)燈相連，控制電磁感應(yīng)燈的光譜輸出和強度控制。
2.如權(quán)利要求1所述的生物照明系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示系統(tǒng)，連接輻射感應(yīng)裝置，顯示光照的信息。
3.如權(quán)利要求2所述的生物照明系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁感應(yīng)燈使用單一光源或不同光譜的光源組合來實現(xiàn)不同的生物照明要求。
4.如權(quán)利要求2所述的生物照明系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置控制光譜、光照的強度、光照的時間節(jié)律和工作的頻率。
5.如權(quán)利要求4所述的生物照明系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置包括單片機，以及集成電路芯片。
6.按權(quán)利要求2所述的生物照明系統(tǒng)，其特征在于，所述輻射感應(yīng)裝置探測實際的照明環(huán)境來動態(tài)地調(diào)控電磁感應(yīng)燈的光照強度和光譜分布，以適應(yīng)不同天氣照明條件下的應(yīng)用情況。
7.如權(quán)利要求2所述的生物照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光源控制電路包括調(diào)光電路，可實現(xiàn)電磁感應(yīng)燈的可重復性調(diào)光。
8.如權(quán)利要求7所述的生物照明系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)光電路包括調(diào)頻電路或者調(diào)壓電路。
9.如權(quán)利要求8所述的生物照明系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)頻電路包括一電子鎮(zhèn)流器逆變控制芯片，該芯片連接一可變電阻，通過可變電阻阻值的變化改變該芯片輸出的驅(qū)動信號的頻率，該驅(qū)動信號驅(qū)動所述電磁感應(yīng)燈。
10.如權(quán)利要求8所述的生物照明系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)壓電路包括一電子鎮(zhèn)流器功率因素校正芯片，該芯片連接一可變電阻，通過可變電阻阻值的變化改變該芯片輸出的電壓的幅值，該電壓驅(qū)動所述電磁感應(yīng)燈。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種生物照明系統(tǒng)，包括電磁感應(yīng)燈；燈具系統(tǒng)，輸入和電磁感應(yīng)燈的輸出相連，將電磁感應(yīng)燈的出射光更多集中到需要照明的生物空間；輻射感應(yīng)裝置，連接到燈具系統(tǒng)的輸出，獲得瞬時的光譜和照度信息；控制裝置，連接到輻射感應(yīng)裝置，控制光照的信息，通過和預(yù)先編程設(shè)定的信息比對，動態(tài)地調(diào)控電磁感應(yīng)燈的光照強度和光譜分布來消除環(huán)境變化的影響；光源控制電路，連接到控制裝置的輸出，接收動作指令，光源控制電路的輸出和電磁感應(yīng)燈相連，控制電磁感應(yīng)燈的光譜輸出和強度控制。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)生物照明要求的光譜照明，并且電磁感應(yīng)燈壽命長，在壽命期間光衰十分小，可線性調(diào)光和頻繁開關(guān)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，且可實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整。
文檔編號A01K45/00GK1871894SQ20061002617
公開日2006年12月6日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者李維德, 陳大華, 陳育明, 龍奇, 左春蘭 申請人:上海宏源照明電器有限公司