[发明专利]一种植物工厂用超声波能量发生及转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波系统，具体地说是一种植物工厂用超声波能量发生及转换系统。

背景技术

随着社会的进步，人类的社会活动导致环境污染现象日益严重，很多地区的大气、水及土壤污染问题触目惊心。同时由于过度依赖农药和化肥来提高农业产量，土壤退化，毒大米、毒蔬菜大量涌向市场，各类食品安全事故频发，国人的生命安全受到了严重威胁，食品安全成为国人关注的焦点。另一方面随着经济的发展，人们对食品质量要求变得更高。而农业技术决定了农业的产量，只有依托技术的进步，采用精细化、工业化的种植方式才能从根本上解决产量与品质的根本问题，国际上普遍认为农业工厂化生产是未来农业发展的必然趋势。因此，近年来植物工厂在国内外得了迅猛的发展。植物工厂将现代自动化环境检测与控制技术、合理光谱构成的LED生物照明技术、以及无土栽培、立体种植等技术相融合，实现了农业生产工业化、标准化、信息化、产业化。植物可广泛用用于种苗、蔬菜、花卉、药材以及其他经济作物的生产及育苗，还可以应用于高科技农业示范园区、农业观光及休闲、亲子活动及学生劳动实践教育基地、社区农场、家庭园艺、都市农业、植物组培、科研实验以及保证特殊环境影响下的新鲜绿菜补给等。

植物工厂内植物能感受的环境刺激包括了光、温度和各种化学信号，以及很多种类的物理刺激，因此对物理刺激的感知和响应对所有生物来说是最重要的。植物的发育是由环境因素和内源信号协同作用的一个连续过程，正是这些各类因子的调控导致了细胞的细化，最终导致植物的多样性。植物由于其无法移动的特点，使其对环境信号有着高度的敏感性，而自身的发育在时空上亦有着高度的可塑性。在所有正处于生长状态的活的生命系统中必然存在着内应力，作为一种特殊的交变应力模式，超声波在介质内传播过程中使质点进入机械振动状态，受其影响的质点的振动能量增加，当超声波依靠机械振动和稳态空化效应使传质边界层减薄，并且使溶质粒子运动加速，这这会促进反应物进入酶或细胞活性部位和生成物进入液体媒介的传质扩散过程。适宜的超声波可促进细胞内产生胞内微流，胞内基质涡流，增加细胞膜和细胞壁的穿透性，从而强化细胞的新陈代谢能力。

发明内容

本发明的目的意在克服上述现有技术的不足，提出一种可根据植物工厂环境信息和植物生长状态产生特定超声波的发生系统，能很好的刺激植物生成，提高种子发芽率，帮助植物工厂育种育苗，并且缩短蔬菜的生产周期。

实现上述目的的技术方案是：

一种植物工厂用超声波能量发生及转换系统，包括超声阵列模块、接收电路、处理电路、驱动电路、函数发生模块、控制模块和植物工厂上位机，所述的植物工厂上位机将植物工厂内部的温度和光照信号传输给控制模块，所述的控制模块基于植物工厂的环境信息确定超声波能量发生及转换系统的工作状态，所述函数发生模块根据控制信号产生不同形状、不同频率的波形，波形信号经过驱动电路放大后传输给超声阵列模块的发射换能器，产生有助植物生长的超声波；同时，超声波阵列的接收换能器采集实际超声波信息，实测信号通过接收电路、处理电路传输给控制模块，控制模块根据该回馈信号调整输出进一步提高系统的控制精度。

在该植物工厂用超声波能量发生及转换系统中，系统的工作频率有4种：低频工作10KHz-100KHz、中频工作100KHz-1000KHz、高频工作1000KHz-10MHz、极高频工作10MHz-50MHz；系统的工作波形有7种：三角波、锯齿波、矩形波/方波、正弦波、递增斜波、递减斜波、阶梯波；系统根据植物工厂内不同的光照周期、环境温度和植物品种，确定最优的工作频率、工作时间以及工作波形。