本發(fā)明涉及LED燈具領(lǐng)域，尤其涉及一種高效大波段生物刺激裝置。

背景技術(shù)：

光作為生態(tài)因子，其對(duì)生物所產(chǎn)生的影響日益被人們所接受與重視。以植物為例，光不僅作為一種能源控制著植物的光合作用，還作為一種觸發(fā)信號(hào)影響著植物生長(zhǎng)發(fā)育的所有方面，從種子發(fā)芽到脫黃化作用到對(duì)營(yíng)養(yǎng)形態(tài)學(xué)(莖的生長(zhǎng)和葉的伸展)、二十四小時(shí)節(jié)律的開始、基因表達(dá)、向地性和向光性等。以動(dòng)物為例，光對(duì)動(dòng)物的內(nèi)分泌的調(diào)節(jié)作用極為顯著，當(dāng)日與夜的比例發(fā)生大的變化時(shí)，動(dòng)物體內(nèi)的激素控制就會(huì)受到干擾，引起不適。比如禽類，一般認(rèn)為禽類有兩個(gè)光感受器：其一是視網(wǎng)膜感受器—眼睛；其二是下丘腦感受器，光線刺激經(jīng)視神經(jīng)到達(dá)下丘腦。另外，光線也可以作用于松果體及下丘腦。下丘腦接受刺激后分泌促性腺釋放激素，該激素通過垂體門脈系統(tǒng)到達(dá)垂體前葉，引起卵泡的發(fā)育和排卵。發(fā)育的卵泡產(chǎn)生雌激素，促使母雞輸卵管發(fā)育并維持其機(jī)能，使母雞雞冠變紅、趾骨開張等第二性征顯現(xiàn)。雌激素還能促進(jìn)鈣的代謝，有利于蛋殼形成。排卵激素則引起母雞排卵。以微生物為例，有的微生物是必須要有光照的，比如光合細(xì)菌，如果沒有光照則生長(zhǎng)緩慢或者不生長(zhǎng)，而有的微生物是對(duì)光敏感型的，也就是光照能抑制。

但生物對(duì)光的需求并不是簡(jiǎn)單的來者不拒，以植物為例，不同種類的植物對(duì)于光譜各個(gè)譜段的需求不一致，同一植物在不同的時(shí)間段對(duì)光的需求也不一致，在傳統(tǒng)的供光過程中，除一部分光被吸收促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，更多的無用光譜被反射，而造成浪費(fèi)，更有甚者對(duì)植物的生長(zhǎng)造成反效果。于是，人們研究各種光源以期望對(duì)植物按需給光，以獲得能影響生物生長(zhǎng)發(fā)育的光源，但仍舊不可避免存在一些缺陷：

1、目前的光源的研究及使用多局限于可見光(400nm-760nm)區(qū)域，而忽略了除可見光波段外的電磁輻射對(duì)生物的影響，實(shí)際應(yīng)用中可選擇性??；

2、如圖1所示，普遍采用諸多不同波長(zhǎng)的LED芯片去擬合目標(biāo)光譜，可以看出用于擬合目標(biāo)光譜的波長(zhǎng)間具有重疊的波段，重疊波段越多效能的浪費(fèi)就越多，而為了使擬合曲線更貼近目標(biāo)光譜，光源中LED芯片的數(shù)量及規(guī)格必然進(jìn)一步增加，從而增加制造成本并使效能進(jìn)一步降低。并且，所述的目標(biāo)光譜曲線也只是相對(duì)優(yōu)化的一個(gè)較為適合生物生長(zhǎng)的光譜，而事實(shí)上生物對(duì)電磁輻射的需求也存在最大吸收峰，擬合光譜的方式實(shí)質(zhì)上相近于在一定區(qū)間內(nèi)以遍撒網(wǎng)的方式覆蓋生物對(duì)電磁輻射的最大吸收峰，其效能比起盲目照明有了很大的提高，但還是不可避免地存在較大的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效大波段生物刺激裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高效大波段生物刺激裝置，包括驅(qū)動(dòng)電路及LED光源，其特征在于：所述LED光源為激光光源，其發(fā)射出的電磁波譜包括兩個(gè)或兩個(gè)以上介于200nm-1000nm間的特征峰值波長(zhǎng)，所述特征峰值波長(zhǎng)的半波寬小于或等于15nm。

優(yōu)選地，所述特征峰值波長(zhǎng)包括：λ1＝800nm、λ2＝730nm、λ3＝660nm、λ4＝658nm、λ5＝640nm、λ6＝638nm、λ7＝590nm、λ8＝560nm、λ9＝535nm、λ10＝530nm、λ11＝520nm、λ12＝510nm、λ13＝505nm、λ14＝476nm、λ15＝468nm、λ16＝460nm、λ17＝450nm、λ18＝440nm、λ19＝425nm、λ20＝395nm、λ21＝385nm、λ22＝375nm、λ23＝365nm、λ24＝315nm、λ25＝300nm、λ26＝280nm、λ27＝275nm、λ28＝265nm。

優(yōu)選地，所述激光光源發(fā)出的電磁波波長(zhǎng)為730nm及660nm,用于控制草莓花期和提高座果率。

優(yōu)選地，所述激光光源發(fā)出的電磁波波長(zhǎng)為660nm及450nm,用于改善葉菜的質(zhì)量以及產(chǎn)量。

優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)電路包括PWM模塊，通過PWM模塊改變脈沖頻率以調(diào)整所述激光光源的驅(qū)動(dòng)電流，脈沖頻率為0-200KHz，激光光源的輻射強(qiáng)度在0-100％范圍內(nèi)可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)所述特征峰值波長(zhǎng)的選擇性輸出。

優(yōu)選地，在所述PWM模塊作用下，所述LED光源只發(fā)出波長(zhǎng)為540nm的單一特征波長(zhǎng)，用于促進(jìn)白羽雞的生長(zhǎng)。

優(yōu)選地，在所述PWM模塊作用下，所述LED光源只發(fā)出波長(zhǎng)為590nm的單一特征波長(zhǎng)，用于驅(qū)逐蛾類昆蟲。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、摒棄低效能的光譜擬合方式，尋找265-800nm波段之間的28個(gè)對(duì)生物影響最大的特定峰值波長(zhǎng)對(duì)生物施加影響，且所產(chǎn)生的特征波長(zhǎng)的半波寬狹窄(小于或等于15nm),從而將能量集中在寬度狹窄的特定峰值波長(zhǎng)中釋放，減少了芯片組的數(shù)量，并且在使用能耗上大幅度節(jié)能；

2、涵蓋了265-800nm的電磁輻射波段，波段范圍大，應(yīng)用范圍廣，可應(yīng)用于殺菌消毒、禽類養(yǎng)殖及植物生長(zhǎng)等；

3、使用占空比調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流的方式，根據(jù)植物不同時(shí)段的不同需求對(duì)各特征峰值波長(zhǎng)的LED芯片進(jìn)行獨(dú)立的控制，進(jìn)一步降低了能耗，實(shí)現(xiàn)高效能。

附圖說明

圖1為以不同波長(zhǎng)的光擬合目標(biāo)光譜的示意圖；

圖2為28個(gè)特征波長(zhǎng)及對(duì)生物的影響；

圖3為控制草莓花期和提高座果率為目的的全電磁波控制裝置的發(fā)射光譜圖；

圖4為其它的LED植物生長(zhǎng)燈與本實(shí)施例所采用全電磁波控制裝置的能耗對(duì)比；

圖5為其它的LED植物生長(zhǎng)燈與本實(shí)施例所采用全電磁波控制裝置對(duì)草莓花期和座果率的影響對(duì)比；

圖6為以葉菜為培養(yǎng)對(duì)象的全電磁波控制裝置的發(fā)射光譜圖；

圖7為以白羽肉雞為培養(yǎng)對(duì)象的全電磁波控制裝置的發(fā)射光譜圖；

圖8為白光、紅光、藍(lán)光及綠光對(duì)白羽肉雞的料肉比的影響；

圖9為以驅(qū)離害蟲為目的的全電磁波控制裝置的發(fā)射光譜圖；

圖10為本發(fā)明的摘錄的一些應(yīng)用例。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種高效大波段生物刺激裝置包括驅(qū)動(dòng)電路及LED光源，所述LED光源為激光光源，其發(fā)射出的電磁波譜包括兩個(gè)或兩個(gè)以上介于265nm-800nm間的特征峰值波長(zhǎng)，所述特征峰值波長(zhǎng)的半波寬小于或等于15nm。

本發(fā)明所優(yōu)先采用的確定峰值的波長(zhǎng)包括：λ1＝800nm、λ2＝730nm、λ3＝660nm、λ4＝658nm、λ5＝640nm、λ6＝638nm、λ7＝590nm、λ8＝560nm、λ9＝535nm、λ10＝530nm、λ11＝520nm、λ12＝510nm、λ13＝505nm、λ14＝476nm、λ15＝468nm、λ16＝460nm、λ17＝450nm、λ18＝440nm、λ19＝425nm、λ20＝395nm、λ21＝385nm、λ22＝375nm、λ23＝365nm、λ24＝315nm、λ25＝300nm、λ26＝280nm、λ27＝275nm、λ28＝265nm，各特征波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的效果如圖2所示。

LED激光光源通過所述驅(qū)動(dòng)電路中的PWM模塊改變脈沖頻率調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流，脈沖頻率為0-200KHz，以使得各波段的輻射強(qiáng)度在0-100％之間獨(dú)立可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)在不同的時(shí)段，針對(duì)不同的生物開啟或關(guān)閉特征峰值波峰，從而使其適用范圍大大提高，并且由于采用了占空比的調(diào)整方式，在植物不需要給光或只需要較弱的輻射強(qiáng)度時(shí)，減少供電時(shí)間，進(jìn)一步節(jié)約了能耗，提升了效能。

實(shí)施例1

如圖3所示的是以控制草莓花期和提高座果率為目的的全電磁波控制裝置的發(fā)射光譜圖，可以看出，其發(fā)射的特征峰值波長(zhǎng)為兩個(gè)，分別為660nm及730nm，其半波寬為15nm。其特征峰值波長(zhǎng)660nm及730nm通過四元半導(dǎo)體材料的混雜形成不同的能帶，在不同能帶中電子躍遷產(chǎn)生輻射而獲得。

如圖4所示的是采用其它的LED植物生長(zhǎng)燈與本實(shí)施例所采用全電磁波控制裝置的對(duì)比表格，在該表格中，其它LED燈均采用多種芯片集成以擬合番茄生長(zhǎng)光譜的方式，故而其功率值都較大，功率值最高的達(dá)到70W，最少的為15W。如圖5所示的是在各種光源下草莓的生長(zhǎng)情況，在草莓整個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)的生物量(產(chǎn)量)可能有所不同，但是在最終收獲產(chǎn)量時(shí)候，本實(shí)施例所采用的全電磁波控制裝置，其產(chǎn)量和采用擬合曲線的連續(xù)光譜的功率為70W的光源所獲得的產(chǎn)量近乎相同(差值在5％以內(nèi))，而功率值卻僅為9W，效能極高。

實(shí)施例2

如圖6所示的是以葉菜為培養(yǎng)對(duì)象的全電磁波控制裝置的發(fā)射光譜圖，可以看出，其發(fā)射的特征峰值波長(zhǎng)為2個(gè)，分別為450nm及660nm，其半波寬為15nm。通過對(duì)兩個(gè)峰值波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度和比例的調(diào)控，可以改善葉菜的質(zhì)量以及產(chǎn)量。當(dāng)藍(lán)紅光比為100:0時(shí)，特征波長(zhǎng)450nm發(fā)揮作用，促進(jìn)蛋白質(zhì)和有機(jī)酸的合成；當(dāng)藍(lán)紅光比為66:34時(shí)，刺激根部的生物量積累，提高生菜的酚類含量，在移植后促進(jìn)葉菜生長(zhǎng)；當(dāng)藍(lán)紅光比為34:66時(shí)，增加維他命含量及花色素的含量；當(dāng)藍(lán)紅光比為0:100時(shí)，特征波長(zhǎng)660nm發(fā)揮作用，此時(shí)光合作用效率最大，葉綠素含量增加，使葉菜葉片增大。

實(shí)施例3

如圖7所示的是以白羽肉雞為培養(yǎng)對(duì)象的全電磁波控制裝置的發(fā)射光譜圖，通過PWM模塊控制其只發(fā)射一個(gè)特征峰值波長(zhǎng)540nm(輻射強(qiáng)度為36molm-2s-1)。如圖8所示的是白光、紅光、藍(lán)光及綠光(540nm)對(duì)白羽肉雞的料肉比的影響,可以看出，在540nm峰值波長(zhǎng)的照射下，白羽雞的料肉比顯著降低。

實(shí)施例4

如圖9所示的是以驅(qū)離蛾類昆蟲為目的的全電磁波控制裝置的發(fā)射光譜圖，通過PWM模塊控制其只發(fā)射一個(gè)特征峰值波長(zhǎng)，其特征峰值波長(zhǎng)590nm可以通過四元半導(dǎo)體材料的混雜形成不同的能帶，在不同能帶中電子躍遷產(chǎn)生輻射而獲得；也可以通過5-10nm直徑的納米熒光粉的轉(zhuǎn)換形成二次電磁輻射，改變其原始的觸發(fā)波長(zhǎng)完成，配合確定頻率的脈沖占空比輸出(輻射強(qiáng)度為7mol m-2s-1)，達(dá)成良好的驅(qū)蟲效果。

如表格10所示的是本發(fā)明的一些應(yīng)用例，在此不一一列出，組合應(yīng)用28個(gè)特征波長(zhǎng)有針對(duì)性地利用光對(duì)生物的生化作用，對(duì)生物的生命現(xiàn)象、生長(zhǎng)規(guī)律、某些病理過程等進(jìn)行干預(yù)，在獲得預(yù)期甚至超出預(yù)期的干預(yù)結(jié)果的同時(shí)最大程度地降低能耗。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。