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双光源模块高空间照明均匀度植物光源的设计

张博,  文尚胜,  马丙戌,  焦飞宇,  姜昕宇,  卢允乐,  黄玮钊,  吴启保

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张博, 文尚胜, 马丙戌, 焦飞宇, 姜昕宇, 卢允乐, 黄玮钊, 吴启保. 双光源模块高空间照明均匀度植物光源的设计[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(S1): 20200106. doi: 10.3788/IRLA20200106
引用本文: 张博, 文尚胜, 马丙戌, 焦飞宇, 姜昕宇, 卢允乐, 黄玮钊, 吴启保. 双光源模块高空间照明均匀度植物光源的设计[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(S1): 20200106. doi: 10.3788/IRLA20200106
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Zhang Bo, Wen Shangsheng, Ma Bingxu, Jiao Feiyu, Jiang Xinyu, Lu Yunle, Huang Weizhao, Wu Qibao. Design of high spatial lighting uniformity plant light source with dual light source module[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(S1): 20200106. doi: 10.3788/IRLA20200106
Citation: Zhang Bo, Wen Shangsheng, Ma Bingxu, Jiao Feiyu, Jiang Xinyu, Lu Yunle, Huang Weizhao, Wu Qibao. Design of high spatial lighting uniformity plant light source with dual light source module[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(S1): 20200106. doi: 10.3788/IRLA20200106
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双光源模块高空间照明均匀度植物光源的设计

doi: 10.3788/IRLA20200106

  • 1. 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广东 广州 510640;

  • 2. 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640;

  • 3. 深圳信息职业技术学院 智能制造与装备学院, 广东 深圳 518172

基金项目: 

广东省科技计划项目（2017B010114001，201704030140，2015B010127004）；省级大学生创新创业训练计划项目（S201910561198）；广东省应用型科技研发专项（2015B010134001）；广东省扬帆计划（2015YT02C093）

详细信息
    作者简介:

    张博(1999-),男,本科生,主要从事LED照明工程等方面的研究。Email:17802007557@163.com

  • 中图分类号: O432;O439

Design of high spatial lighting uniformity plant light source with dual light source module

  • 1. College of Materials Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;

  • 2. State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;

  • 3. School of Intelligent Manufacturing and Equipment, Shenzhen Institute of Information Technology, Shenzhen 518172, China

  • 摘要: 在植物照明领域，由于培养系统受照面随植物的生长不断变化，植物照明系统的设计需考虑在整个生长周期以及植物生长过程中所占空间的照明情况和效果，使其提供整个生长空间的高照明均匀度。但是粗放的传统植物照明解决方案结构简单，并且只针对某一具体参考平面进行优化，无法达到高空间照明均匀度的效果。为解决这一问题，以整个植物培养架的照明空间为研究对象，以空间照明理论为依据，以最近提出的倒置型光源以及传统顶部阵列光源设计方案为参考提出了一种双光源模块的LED植物照明系统。在顶底两面同时设置光源，通过两部分光源的互补混光实现了高空间照度均匀度及混色均匀度。应用Taguchi实验简化实验过程，变异数分析精细优化关键结构参数，更深入研究了光源配光曲线对植物照明系统性能的影响。多次优化后，最终获得水平面和竖直面照度均匀度分别为93.48%和88.54%，混色均匀度分别为90%和87.13%，种植面光能利用率为41.63%的最优设计方案。
    Abstract: In the field of plant lighting, since the illuminated surface of the cultivation system changes continuously with the growth of the plant, the design of the plant lighting system need to consider the lighting situation and effect in the whole growth cycle and the space occupied by the plant growth process, so that it can provide the high illumination uniformity of the whole growth space. However, the extensive traditional plant lighting solutions are only optimized for a specific reference plane, which can not achieve the effect of high spatial illumination uniformity. Focusing on this issue, the lighting space of the whole plant culturist was taken as the research object, based on the theory of space lighting, and the recently proposed inverted light source and the traditional top array light source design scheme were taken as references to propose a dual light source module LED plant lighting system. The light source was set on both sides of the top and the bottom, and the high spatial uniformity were achieved through the complementary mixing of the two parts of light source. Taguchi method was used to simplify the experimental process, the variation analysis was used to optimize the key structural parameters, and the influence of light source distribution curve on the performance of plant lighting system was further studied. After several times of optimization, the optimal design of illumination uniformity of horizontal and vertical surfaces is 93.48% and 88.54% respectively, color-mixed uniformity is 90% and 87.13% respectively, and light energy utilization rate of planting surface is 41.63%.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-03
  • 修回日期:  2020-06-16
  • 刊出日期:  2020-09-22

双光源模块高空间照明均匀度植物光源的设计

doi: 10.3788/IRLA20200106
  • 1. 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广东 广州 510640;
  • 2. 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640;
  • 3. 深圳信息职业技术学院 智能制造与装备学院, 广东 深圳 518172
    • 作者简介:

    张博(1999-),男,本科生,主要从事LED照明工程等方面的研究。Email:17802007557@163.com

  • 收稿日期: 2020-04-03
  • 修回日期: 2020-06-16
  • 刊出日期: 2020-09-22
基金项目:

广东省科技计划项目（2017B010114001，201704030140，2015B010127004）；省级大学生创新创业训练计划项目（S201910561198）；广东省应用型科技研发专项（2015B010134001）；广东省扬帆计划（2015YT02C093）

  • 中图分类号: O432;O439

摘要: 在植物照明领域，由于培养系统受照面随植物的生长不断变化，植物照明系统的设计需考虑在整个生长周期以及植物生长过程中所占空间的照明情况和效果，使其提供整个生长空间的高照明均匀度。但是粗放的传统植物照明解决方案结构简单，并且只针对某一具体参考平面进行优化，无法达到高空间照明均匀度的效果。为解决这一问题，以整个植物培养架的照明空间为研究对象，以空间照明理论为依据，以最近提出的倒置型光源以及传统顶部阵列光源设计方案为参考提出了一种双光源模块的LED植物照明系统。在顶底两面同时设置光源，通过两部分光源的互补混光实现了高空间照度均匀度及混色均匀度。应用Taguchi实验简化实验过程，变异数分析精细优化关键结构参数，更深入研究了光源配光曲线对植物照明系统性能的影响。多次优化后，最终获得水平面和竖直面照度均匀度分别为93.48%和88.54%，混色均匀度分别为90%和87.13%，种植面光能利用率为41.63%的最优设计方案。

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