[发明专利]一种植物生长灯具的光照均匀度检测装置

说明书

本发明专利属于自动化仪器仪表技术领域，具体涉及一种植物生长灯具的光照均匀度检测装置。包括用于安装灯具的灯架1、三轴驱动的具有光照传感器2的移动平台3、安装在移动平台上的光强传感器和一台PC机4。进行检测前需将植物生长灯具安装在灯架上并开灯运行到稳定状态，PC机控制三个步进电机使得光强传感器在三维空间中逐点进行扫描，一个点测量一个光强数据，计算机根据三维坐标和检测数据生成光强分布图，从而计算出植物栽培面的光照均匀度指标。本发明的装置可有效采集植物栽培面的光照强度，提高检测效率和检测精度，避免人为误差和系统误差，避免数据传输和计算过程的错误。

技术领域

本发明属于自动化仪器仪表技术领域，涉及灯具光环境特性检测、数据采集与数据处理等技术，尤其涉及一种植物生长灯具的光照均匀度检测装置。

背景技术

光照强度及光照均匀性指标是植物生长灯具及其农业专用灯具的重要指标，目前主要是逐点进行人工测量，将测量结果输入到专用应用程序或软件后手动或自动生成光强分布图，现有技术中光照均匀度指标还未使用过专用测量工具或软件，光强分布测量需要用到大量人工操作、多个软件，甚至需要人工分析，耗时长、工作量大、容易出错。植物生长灯具的光强分布检测通常是在垂直距离灯具一定距离的高度，在以灯具投影为中心的水平面上均匀设置数十个或数百个检测点，逐点测量这些位置的光强。植物生长灯具一般按照灯具的有效光照面进行测量，常规做法是先在实验室中搭建一个植物栽培模型，调整灯具到合适高度，在灯具能照射到的表面(一般是植物冠层平面)均匀设置数十个或数百个检测点，然后逐个手工检测特定位置的光照强度。在检测过程中，一种灯具需要针对多种排列方式进行多次重复检测，测量一次少则数百个点，多则几千个点，检测一次需要数十小时或几天时间，多个方案检测需要数周时间。

光强分布手工检测的难点在于：一是测量点多，工作量大，需要专业人员操作；二是手持仪器或探头在特定位置检测，其水平定位和垂直定位均有较大误差，易造成检测过程的人为误差；三是检测时间长，每天需要对传感器校准并对灯具提前预热，实际情况下是否校准尚待确认，检测的系统误差无法避免；四是数据在记录、处理和转移的过程中容易出现错误；五是部分指标采用手工计算，容易损失部分精度。为了解决光强分布的上述问题，需要从检测软硬件同时进行技术改进。通过多次技术讨论与工程实践对硬软件进行了多次改进与确认，最终形成了本发明专利的核心技术。硬件方面使用三轴步进电机去驱动探头进行移动，在三维空间内任意一个位置定位，单轴定位精度0.2mm，三维定位精度≤1mm就能减少系统误差和人为误差；软件方面首先是识别3D制图软件格式文件(例如STL文件格式)，自动在光照覆盖面均匀设置检测点，然后就是驱动三轴步进电机逐个检测点测量光照数据，最后用测量数据自动计算光照均匀度指标，最终自动生成专用检测报告。手工方式检测周期为数天的工作，使用本装置后可将检测周期缩短为1-4小时，从而有效地提高检测效率、定位精度和数据准确性。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于提供一种植物生长灯具的光照均匀度检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的一种植物生长灯具的光照均匀度检测装置，包括水平放置的灯架1、固定在移动平台上的光照传感器2、可左右、前后、上下动作的移动平台3、控制和数据采集处理的PC机4和支架5，所述移动平台3包括步进电机、步进电机驱动器和一个水平平台组成，所述步进电机为三个，所述移动平台3上固定有光照传感器2，三个所述步进电机可带动安装有光照传感器2的移动平台3在支架5内部的三维立体空间内移动，从而动态采集光照强度。

优选地，所述PC机4通过3D模型和光照阴影分析建立一个植物冠层曲面，对于密集的多株植物冠层则视为一个简单的曲面，并在此曲面上均匀设置多个检测点，所述PC机4根据检测点位置控制移动平台3的三个步进电机逐点移动。

优选地，所述PC机4可以实时采集所述光照传感器2的数据，采集完成后，所述PC机4控制移动平台3移动到下一个检测点，最终完成植物冠层曲面的光照强度的逐点扫描工作。