光合有效光量子传感器自动检测、校对系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种光合有效光量子传感器自动检测、校对系统及方法，系统包括：均匀光源系统(光学积分球、标准光源、可调光源、与可调光源连接的电子衰减器、光探测器、电源柜(与标准及可调光源连接的电源、与电子衰减器连接的衰减器控制器和与光探测器连接的读数表；电源、衰减器控制器和读数表均与上位机连接))、移动光学平台(光学导轨、与光学导轨及上位机分别连接步进电机、可移动底座、经卡座与支撑杆在其上的校对底盘；与出光口中心同轴的校对底盘中心装有通过光谱辐射计与上位机连接的标准探头，与上位机连接的被校传感器均匀在校对底盘中心预设半径区域)、光谱辐射计和上位机，可对被校传感器全量程自动校对，提高校对精度与效率。

【技术实现步骤摘要】
光合有效光量子传感器自动检测、校对系统及方法
本专利技术涉及光量子传感器检定
，尤其涉及一种光合有效光量子传感器自动检测、校对系统及方法。
技术介绍
量子力学的理论证实，太阳辐射的能量都是由一粒一粒光量子所携带的，用光量子数量来定义辐射强度常用光量子密度，即单位时间内到达或通过单位面积的光量子数，单位为mol/(m2s)(1mol＝6.02257*1023光量子)。对植物光合作用有效的辐射波的光量子密度称为光合有效光量子密度(photosyntheticphotonfluxdensity,PPFD),有时也简称光合有效光量子通量(PPF)。目前较多采用光合有效辐射传感器代替，其单位W/m2，测量400-700nm光合作用光的能量。PPFD不仅是植物群落、农作物、海洋植物生态系统等自养生态系统生产量来源、作物生长模拟研究、土壤碳的固定模拟研究中的关键因素，而且还是陆地生态系统和海洋生态系统CO2循环研究的核心因素，该参数的准确测量对自然界、人类农业生产以及气象和气候学研究的作用极为重要。当前测量PPFD的方法主要采用光电二极管构成光量子传感器。国外研制光合有效辐射传感器以及调理其输出信号的技术已经成熟，研制的设备环境适应性强且性能优良，但价格不菲，校对也比较麻烦,如常用的LI-CORInc.生产的LI-190SA单价约为400至500美元，且建议每两年送至美国当地的工厂校对一次，这在国内几乎不可能实现。国内市场高端设备几乎都来源于国外厂商，近些年国内该领域的研究发展迅速，如光量子测量探头可对光量子数进行积分测量；在光合有效辐射传感器调理电路上进行研究，以提高测量精度，但形成商用的较少，很多场合采用便宜的照度传感器代替，测量方式不科学；同时缺少专用校对设备导致校对苦难传感器一致性、稳定性不能满足需求。当前光合有效光量子密度测量很多采用照度、光合有效辐射传感器代替，其中照度(单位：lux)是以人眼对光的响应，光合有效辐射传感器通过滤波测量400-700nm能量强度，未能够反映量子密度等关系，国内很多将光合有效辐射与光量子密度通量混为一谈，究其原因缺少合适的校对设备。PPFD很多情况是测量太阳光下的光合光量子密度，传统采用标准灯的校对方式不能够完全模拟太阳光情况，同时相关传感器对不同光源响应不同，对不同光源其测得的值不能够反映真实数值。传统采用标准光源校对照度主要是对用在室内照明的照度传感器校对，而用在太阳光下只能是一个参照值，不同厂家会在太阳光下产生不同的值。目前校准系统主要针对室内照明系统，在量程方面不能够满足更高照度的需求。很多校对标准采用1点或2点校对，不能确保全量程的精度。将传感器置于室外太阳光下统一校对，校对环境会受到影响，需要根据环境安排校对，同时需要在光下寻找不同强度进行校对。参比设备采用进口光量子传感器，初期阶段由于进口光量子传感器精度较高能够取得较好的精度，但一两年后传感器会发生漂移，导致整体校对不准确。采用计算方法获取当前光量子密度，需要知道测量点的精度、维度、海拔、天气等情况才能粗略获取当前的光量子通量，在实际操作过程中具有较大的难度，校对出来的传感器准确度偏差。鉴于此，如何对光合有效光量子传感器进行校对成为当前需要解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种光合有效光量子传感器自动检测、校对系统及方法，可以对被校传感器进行全量程自动校对，提高了校对精度与效率，灵活性高，还可以检测被校传感器的性能(如余弦特性、透光率、光谱灵敏度、标准误差等)。第一方面，本专利技术提供一种光合有效光量子传感器自动检测、校对系统，包括：均匀光源系统、移动光学平台、光谱辐射计和上位机；所述均匀光源系统，用于提供可调节的均匀光源；所述均匀光源系统，包括：安装在底座上的光学积分球、至少一个标准光源、至少一个可调光源、电子衰减器、光探测器、电源柜；所述标准光源和可调光源均匀安装在所述光学积分球的出光口的预设半径区域；所述电子衰减器，安装在所述光学积分球上、与所述可调光源连接，用于调节所述可调光源发出的光的强弱；所述光探测器，安装在所述光学积分球上，用于测量所述光学积分球内光的辐射强度和均匀性，并为调节光强提供反馈；所述电源柜，包括：电源、衰减器控制器和读数表；所述电源、衰减器控制器和读数表均安装在所述电源柜的内部且均与所述上位机连接，所述电源与所述标准光源、可调光源分别连接，所述衰减器控制器与所述电子衰减器连接，所述读数表与所述光探测器连接；所述衰减器控制器，用于控制所述电子衰减器，以调节所述可调光源发出的光的强弱；所述移动光学平台，包括：光学导轨、与所述光学导轨和上位机分别连接的步进电机、安装在所述光学导轨上的可移动底座、通过卡座与支撑杆安装在所述可移动底座上的校对底盘；所述校对底盘的中心与所述光学积分球的出光口的中心同轴设置，所述校对底盘的中心安装有标准探头，所述标准探头通过所述光谱辐射计与所述上位机连接，至少一个被校传感器均匀安装在所述校对底盘的中心的预设半径区域，所述被校传感器与所述上位机连接；所述步进电机，用于接收所述上位机的信号，根据该信号控制带动皮带在所述光学导轨上移动所述可移动底座；所述支撑杆，用于调整校对所述卡座的旋转角度。可选地，所述均匀光源系统，还包括：安装在所述光学积分球的出光口的可调光量挡板，用于调节出光口的面积，以获得不同直径的光束。可选地，所述标准光源的数量为三个，所述可调光源的数量为一个。可选地，所述电源包括：为所述标准光源供电的第一电源和为所述可调光源供电的第二电源，所述第一电源与所述标准光源连接，所述第二电源与所述可调光源连接。可选地，所述标准光源，包括：一个35W标准光源和两个75W标准光源；所述可调光源，包括：一个150W可调光源；相应地，所述第一电源，包括一个35W标准光源供电电源和两个75W标准光源供电电源；所述第二电源，包括：一个150W可调光源供电电源。可选地，所述光探测器的数量为两个；和/或，所述校对底盘具有角度刻度；和/或，所述被校传感器的数量为四个，所述四个被校传感器相对于所述校对底盘的中心均匀安装在所述校对底盘的四周。可选地，所述电源柜还安装有网关，所述上位机通过所述网关与所述第一电源、第二电源、衰减器控制器和读数表分别连接。可选地，所述光合有效光量子传感器自动检测、校对系统设置在暗室中。第二方面，本专利技术提供一种使用上述系统的光合有效光量子传感器自动检测、校对方法，包括：在均匀光源系统提供不同均匀光源强度、且校对底盘与光学积分球出光口的距离为预设距离的情况下，上位机通过光谱辐射计及与所述光谱辐射计连接的标准探头获取相同距离不同波段的光的辐射强度，以及通过被校传感器获取第一测量辐射强度；根据所获取的相同距离不同波段的光的辐射强度，通过第一公式获取相同距离不同波段的光的标准辐射强度，进而根据所述相同距离不同波段的光的标准辐射强度，获取相同距离不同波段的光的标准光量子通量密度；根据所述相同距离不同波段的光的标准光量子通量密度和所述第一测量辐射强度，对被校传感器进行校对；或者，在均匀光源系统提供预设均匀光源强度、且校对底盘与光学积分球出光口的距离为不同距离的情况下，上位机通过光谱辐射计及与所述光谱辐射计连接的标准探头获取不同距离预设波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光合有效光量子传感器自动检测、校对系统，其特征在于，包括：均匀光源系统、移动光学平台、光谱辐射计和上位机；所述均匀光源系统，用于提供可调节的均匀光源；所述均匀光源系统，包括：安装在底座上的光学积分球、至少一个标准光源、至少一个可调光源、电子衰减器、光探测器、电源柜；所述标准光源和可调光源均匀安装在所述光学积分球的出光口的预设半径区域；所述电子衰减器，安装在所述光学积分球上、与所述可调光源连接，用于调节所述可调光源发出的光的强弱；所述光探测器，安装在所述光学积分球上，用于测量所述光学积分球内光的辐射强度和均匀性，并为调节光强提供反馈；所述电源柜，包括：电源、衰减器控制器和读数表；所述电源、衰减器控制器和读数表均安装在所述电源柜的内部且均与所述上位机连接，所述电源与所述标准光源、可调光源分别连接，所述衰减器控制器与所述电子衰减器连接，所述读数表与所述光探测器连接；所述衰减器控制器，用于控制所述电子衰减器，以调节所述可调光源发出的光的强弱；所述移动光学平台，包括：光学导轨、与所述光学导轨和上位机分别连接的步进电机、安装在所述光学导轨上的可移动底座、通过卡座与支撑杆安装在所述可移动底座上的校对底盘；所述校对底盘的中心与所述光学积分球的出光口的中心同轴设置，所述校对底盘的中心安装有标准探头，所述标准探头通过所述光谱辐射计与所述上位机连接，至少一个被校传感器均匀安装在所述校对底盘的中心的预设半径区域，所述被校传感器与所述上位机连接；所述步进电机，用于接收所述上位机的信号，根据该信号控制带动皮带在所述光学导轨上移动所述可移动底座；所述支撑杆，用于调整校对所述卡座的旋转角度。...

【技术特征摘要】
1.一种光合有效光量子传感器自动检测、校对系统，其特征在于，包括：均匀光源系统、移动光学平台、光谱辐射计和上位机；所述均匀光源系统，用于提供可调节的均匀光源；所述均匀光源系统，包括：安装在底座上的光学积分球、至少一个标准光源、至少一个可调光源、电子衰减器、光探测器、电源柜；所述标准光源和可调光源均匀安装在所述光学积分球的出光口的预设半径区域；所述电子衰减器，安装在所述光学积分球上、与所述可调光源连接，用于调节所述可调光源发出的光的强弱；所述光探测器，安装在所述光学积分球上，用于测量所述光学积分球内光的辐射强度和均匀性，并为调节所述可调光源的光强提供反馈；所述电源柜，包括：电源、衰减器控制器和读数表；所述电源、衰减器控制器和读数表均安装在所述电源柜的内部且均与所述上位机连接，所述电源与所述标准光源、可调光源分别连接，所述衰减器控制器与所述电子衰减器连接，所述读数表与所述光探测器连接；所述衰减器控制器，用于控制所述电子衰减器，以调节所述可调光源发出的光的强弱；所述移动光学平台，包括：光学导轨、与所述光学导轨和上位机分别连接的步进电机、安装在所述光学导轨上的可移动底座、通过卡座与支撑杆安装在所述可移动底座上的校对底盘；所述校对底盘的中心与所述光学积分球的出光口的中心同轴设置，所述校对底盘的中心安装有标准探头，所述标准探头通过所述光谱辐射计与所述上位机连接，至少一个被校传感器均匀安装在所述校对底盘的中心的预设半径区域，所述被校传感器与所述上位机连接；所述步进电机，用于接收所述上位机的信号，根据该信号控制带动皮带在所述光学导轨上移动所述可移动底座；所述支撑杆，用于调整所述校对底盘的旋转角度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述均匀光源系统，还包括：安装在所述光学积分球的出光口的可调光量挡板，用于调节出光口的面积，以获得不同直径的光束。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述标准光源的数量为三个，所述可调光源的数量为一个。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电源包括：为所述标准光源供电的第一电源和为所述可调光源供电的第二电源，所述第一电源与所述标准光源连接，所述第二电源与所述可调光源连接。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述标准光源，包括：一个35W标准光源和两个75W标准光源；所述可调光源，包括：一个150W可调光源；相应地，所述第一电源，包括一个35W标准光源供电电源和两个75W标准光源供电电源；所述第二电源，包括：一个150W可调光源供电电源。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光探测器的数量为两个；和/或，所述被校传感器的数量为四个，所述四个被校传感器相对于所述校对底盘的中心均匀安装在所述校对底盘的四周。7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电源柜还安装有网关，所述上位机通过所述网关与所述第一电源、第二电源、衰减器控制器和读数表分别连接。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：张馨，张石锐，田宏武，郭瑞，李文龙，吴文彪，乔晓军，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11