[发明专利]适用于温室环境的二氧化碳的测控与校对系统、方法

说明书

技术领域

本发明涉及设施生产二氧化碳的测控与校对技术领域，具体涉及一种适用于温室环境的二氧化碳的测控与校对系统、方法。

背景技术

合理的CO₂气肥增施能够提高作物光合作用率和抗逆性，促进作物生长发育，提高品质，已经成为目前温室大棚重要增产增收技术之一。该技术在国内经过20多年的推广，一般采用自然酵解、固体二氧化碳颗粒、适量通风、化学反应等方法获取CO₂气肥，气体发生量大都通过人工计算获取，并且增施过程中很少采用CO₂检测装置，因此无法获知当前CO₂浓度，这往往导致施肥量不足，达不到预期效果。一旦人工计算、操作失误，增施CO₂浓度过高会对绿色植物光合系统造成破坏，会出现叶片卷曲、凋谢甚至诱发营养元素缺乏，引发作物高温危险，严重时会对环境及操作、生产人员生命造成危害。因此，监测温室内CO₂含量，对传统增施方法和设备提供技术补充，方便实现经济、合理增施CO₂气肥具有重要作用。

但由于二氧化碳测量需要与空气接触，目前已有的产品不能够满足温室环境，实际使用过程中高温高湿环境会影响产品的稳定性和可靠性。同时，二氧化碳传感器目前主要依赖国外，国外常用的产品采用NDIR(非分光红外)原理，如二氧化碳传感器生产商GE公司的T6004、6613，Alphasense的IRC-A1，韩国ELT公司的H550等，产品功耗较大，平均功耗在0.2W左右，峰值功耗近1W，响应时间约30s。采用半导体原理如费加罗TGS4160，功耗更大，响应时间更慢，不适合在缺电的温室大棚中使用。英国T-MAC技术公司采用EnOcean的无线模块构建WIST(无线二氧化碳传感器)，为了解决能耗问题，该产品采用太阳能电池板，并降低测量频率以提高电池使用寿命，但是该产品主要面向工业场合应用，依然不能够应用到温室大棚生产过程中。目前市面已有的WIST大都采用无线模块加二氧化碳传感器的方式构建，主要应用于仓库、暖通等环境。公开号为CN101881762A的中国专利申请“一种基于无线传感器网络的大范围二氧化碳监测系统”提出一种无线监测方案，主要用于大气环境的监测。公开号为CN201387340的中国专利“一种二氧化碳远程监测装置”提出一种采用GSM(全球移动通信系统)短信模块的无线测量方法。公开号为CN201141847的中国专利也提出了类似的方案。在二氧化碳控制方面，一般采将二氧化碳采集与控制设备集成一体，通过一定的算法实现对二氧化碳浓度的控制。例如，公开号为CN201145848的中国专利“日光温室二氧化碳监控仪”中提出以2000ppm为临界点监控温室二氧化碳的浓度。

在二氧化碳校对方面，公开号为CN101975839A的中国专利申请“CO₂气体传感器在空气中零点自校准方法”提出一种在空气环境中，利用测量值与空气标准值之间的差值进行校准的方法。公开号为CN101874735A的中国专利申请“一种用于二氧化碳浓度计算的多参数补偿方法”主要针对医学领域，充分考虑温度、呼吸衰减等参数的影响进行测量补偿。中国发明专利申请“二氧化碳校准气体发生器的二氧化碳传感器”通过内部加热机构产生二氧化碳进行自校准。武晓利、张广军等(北京航空航天大学学报，2003.29(1)：59-62)提出红外二氧化碳传感器动态特性校准与改进，建立动态数学模型提高二氧化碳测量的动态特性。二氧化碳传感器生产商GE提出“ABC_Logic”自校验方式，采用14天为一个校对周期，测量的二氧化碳浓度需要降低到室外浓度至少3次，系统将会记录该最低的读数，每24小时为一个分析周期。如果发现对该基准读数有统计差别，校对因数将被考虑加到以后的CO₂浓度读数中，ABC_Logic系统需要被连续运行3周才能校准完成。

由此可见，现有技术的方案主要是针对工业、暖通、化工、环境等领域应用，二氧化碳测量与控制技术比较成熟，相关不同测量原理的传感器都有相应的成熟解决方案，在设施农业生产过程中对二氧化碳浓度监测大都采用传统监测方案，由于二氧化碳测量需要和空气充分接触，很多在其它领域应用的产品在高温高湿环境下其测量精度和稳定性得到很大考验，很多传感器会发生测量漂移，严重会损坏价格不菲的传感器，造成一定的损失，因此需要在设施生产过程中测量方式及结构做出调整，以满足特殊环境下准确测量。