用于植物水培的智能控制LED照明裝置.pdf

1、為了解決未來(lái)人口的糧食問(wèn)題，植物工廠應(yīng)運(yùn)而生。而光照作為植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素，開(kāi)發(fā)高效、無(wú)污染并且適宜植物生長(zhǎng)的光源則成為重中之重。隨著發(fā)光二極管（Light Emitting Diode, LED）的迅速發(fā)展，LED以其節(jié)能、環(huán)保、冷光源并且光譜可調(diào)逐漸成為植物工廠的主流光源。由于近些年紅色熒光粉種類增多和穩(wěn)定性不斷提高，不同于傳統(tǒng)將紅藍(lán)光LED芯片組合實(shí)現(xiàn)紅藍(lán)光的方式，本文提出一種新型紅藍(lán)光的實(shí)現(xiàn)方式：將紅色熒光粉混合硅膠涂覆在藍(lán)

2、光LED芯片上，即熒光粉轉(zhuǎn)化LED（phosphor converted LED, pc-LEDs），即可在單顆芯片實(shí)現(xiàn)植物所需紅藍(lán)光。
　　（一）為了得到理想的植物照明效果pc-LEDs器件，本文分別采用傳統(tǒng)熒光粉點(diǎn)膠技術(shù)、自適應(yīng)涂層技術(shù)實(shí)現(xiàn)紅藍(lán)光，并對(duì)器件進(jìn)行結(jié)溫測(cè)試、脈沖寬度調(diào)制（Pulse-Width Modulation, PWM）調(diào)光測(cè)試、以及老化性能測(cè)試，結(jié)果顯示：傳統(tǒng)球形涂層結(jié)溫為90℃，而自適應(yīng)涂層結(jié)構(gòu)結(jié)溫在80

3、℃左右；PWM調(diào)光下器件紅藍(lán)光量子數(shù)比基本不變；而隨著時(shí)間的推移，紅藍(lán)光量子比從5.3衰減，在2000h后穩(wěn)定于5.0。當(dāng)粉膠比大于1:13時(shí)，傳統(tǒng)球形熒光粉結(jié)構(gòu)在空間紅藍(lán)光子比分布上呈現(xiàn)不均勻性，中心紅藍(lán)光子比偏小，邊緣偏大；自適應(yīng)涂層結(jié)構(gòu)在-60~60°內(nèi)呈現(xiàn)出比較高的均勻性，但由于杯碗的反射作用以及杯碗粘附的熒光粉，邊緣區(qū)域呈現(xiàn)出不均勻性。為了改善傳統(tǒng)球形結(jié)構(gòu)的空間紅藍(lán)光子比分布均勻性，采用改進(jìn)的雙冠型熒光粉涂層技術(shù)，在一定程度上

4、提高了中心紅藍(lán)光子比，但效果不明顯，邊緣紅藍(lán)光子比依舊很高。
　　（二）為了得到空間紅藍(lán)光子比分布均勻的熒光粉層結(jié)構(gòu)，本文采用蒙特卡洛思想借助matlab模擬該LED的光子傳輸過(guò)程：包括LED發(fā)光模型、吸收和散射模型、隨機(jī)步長(zhǎng)和隨機(jī)波長(zhǎng)的獲得算法、熒光粉層離散化處理和出界判斷算法。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)比確立仿真各項(xiàng)參數(shù)，其中散射系數(shù)為2.0mm-1，吸收系數(shù)為1.0mm-1，并在仿真模型上驗(yàn)證了球形結(jié)構(gòu)的缺陷。
　　本文提出一種

5、類似正態(tài)分布的新型紅色熒光粉層結(jié)構(gòu)，對(duì)于小角度前向散射機(jī)制的藍(lán)光光子進(jìn)行全反射和增加光程處理，對(duì)于邊緣區(qū)域光子進(jìn)行減少光程處理。將這種新型結(jié)構(gòu)同與傳統(tǒng)球形結(jié)構(gòu)置于紅藍(lán)光子比為6.0區(qū)間對(duì)比，通過(guò)模擬確定該結(jié)構(gòu)最大厚度為2.2mm以及該結(jié)構(gòu)σ2值為0.25。相比于傳統(tǒng)球形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)下不同角度對(duì)應(yīng)紅藍(lán)光子比方差從0.445減少到0.0429，下降了90％。該結(jié)構(gòu)下空間紅藍(lán)光分布具有非常高的均勻性。
　?。ㄈ榱蓑?yàn)證pc-LEDs用