温室园艺LED照明研究与应用现状

LED作为设施园艺光环境调控的优选光源和手段,节能、精准、长寿命且光效率高,可通过光质及其光强和光周期等光照属性的控制,调控植物光合作用和光形态建成,调节设施园艺作物生长发育、生物量和果实产量、开花及农产品品质,获得温室补光的效益。而且,基于时空光环境调控带来的显著效益,动态照明和立体照明应运而生,方兴未艾,应用前景广阔。本文总结了温室LED照明产品和应用领域,提出了动态照明和立体照明技术概念,总结了光质、光强和光周期植物调控的研究进展,重点阐述了光质调控植物园艺作物生长发育、产量、开花及农产品品质的研究进展,对未来温室LED补光产业发展前景进行了展望。

LED白光的亚甲蓝光化学法血浆病毒灭活研究

目的探讨LED白光的亚甲蓝光化学法对血浆中的病毒灭活效果。方法血浆中加入终浓度为1μM的亚甲蓝,以LED白光为光源,比较不同处理方式(10 cm/5 cm照射间距、单侧/双侧照射)、不同照射强度(30000 lx、35000 lx、40000 lx、45000 lx、50000 lx)和不同处理时间点(10 min、20 min、30 min)的血浆中凝血因子的活性及Sindbis病毒的灭活效果。结果在50000 lx照射强度下,随着照射时间的增加,血浆温度逐渐升高,升温幅度为5 cm间距>10 cm间距,双侧照射>单侧照射。5 cm/10 cm间距、单侧/双侧照射对凝血因子Ⅷ和纤维蛋白原(FIB)活性的影响均没有显著差异。以10 cm间距、双侧照射的处理方式作为病毒灭活装置条件参数,用30000 lx、35000 lx、40000 lx、45000 lx和50000 lx的光照强度分别照射5 min后,血浆中Sindbis病毒被灭活,滴度下降均>4 LogTCID50/0.1 mL;照射20 min后,血浆中凝血因子Ⅷ活性>70%、FIB活性>60%。光照强度与凝血因子损失的相关分析表明:不同的光照强度与凝血因子Ⅷ的活性损失没有相关性,光照的强度对FIB的影响表现在照射的20 min以内,照射强度越大FIB活性下降越严重,但照射30 min后不同的光照强度对FIB的影响已没有显著性差异。照射时间与凝血因子的损失高度相关,不同光照强度下凝血因子都随着照射时间的增加而损失。结论LED白光可以作为亚甲蓝病毒灭活方法的新光源,在合适的条件下有效灭活血浆中的病毒,并保留血浆中凝血因子的活性。

LED3A强化紫花苜蓿修复Cd污染土壤的效果研究

研究可生物降解螯合剂N-十二酰基乙二胺三乙酸盐(LED3A)诱导强化紫花苜蓿修复Cd污染土壤的效果,采用盆栽方法,考察LED3A对紫花苜蓿生理指标、Cd亚细胞分布和化学形态以及增效提取土壤中Cd的影响.结果表明,Cd胁迫显著抑制紫花苜蓿的生长及光合作用,增加丙二醛(MDA)的积累.而在土培体系中施用LED3A,可以提高植株生物量、光合色素含量、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,缓解细胞膜脂过氧化损伤和Cd诱导产生的氧化应激.LED3A的螯合强化作用能够增大紫花苜蓿细胞质中Cd的分布比例,促使植株中的Cd由高活性形态向低活性形态转化,通过细胞壁固持和液泡区隔化提高耐Cd性能,进而减轻毒害.与不添加LED3A组相比,最佳LED3A添加量(321.3 mg·kg^(-1))组紫花苜蓿植株中的总Cd含量和积累量分别提高了29.4%和69.1%,地下/地上富集系数及转运系数分别增加了28.6%,36.4%和10.5%.说明添加适量LED3A可有效提高紫花苜蓿对Cd的耐受性与修复Cd污染土壤的效果.

液晶汽车仪表LED背光硬件电路分析与设计

为了使液晶汽车仪表的背光灯在受到外界电气干扰的情况下能够保持稳定的输出电流、亮度不发生变化,对已使用的三种汽车仪表LED背光电路进行了研究和分析,提出了一种稳定性较高的硬件电路设计——仪表LED恒流源电路。该电路可通过调节精密电阻值来调节LED背光灯的亮度,设计方案简单、调整电流便捷、成本较低,在液晶汽车仪表市场中具有较高的应用价值。

紫龙膏联合LED红光对慢性难愈性创面愈合及TGF-β与PDGF的影响

目的探讨紫龙膏联合LED红光促进慢性难愈性创面的愈合情况以及对转化生长因子-β(transforming growth fator-β,TGF-β)和血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)的影响。方法选取2022年1月至2023年1月湖南中医药大学第二附属医院收治的48例慢性难愈性创面患者,按随机数字表法分为对照组、LED组、紫龙膏组、紫龙膏+LED组,每组12例,连续干预28 d。计算各组创面愈合率;比较各组临床疗效;HE染色观察各组创面组织病理变化;免疫组织化学检测各组PDGF蛋白表达水平;Western blot检测各组TGF-β蛋白表达水平。结果紫龙膏组(100.00%)、紫龙膏+LED组(100.00%)临床有效率高于LED组(83.33%)、对照组(25.00%)(P<0.01)。与第14天比较,第28天紫龙膏组和紫龙膏+LED组的创面愈合率和PDGF、TGF-β蛋白表达水平均升高(P<0.05,P<0.01)。与对照组、LED组比较,第14、28天紫龙膏组和紫龙膏+LED组的创面愈合率和PDGF、TGF-β蛋白表达水平均升高(P<0.05,P<0.01)。与紫龙膏组比较,紫龙膏+LED组第14天的创面愈合率和TGF-β蛋白表达水平升高(P<0.05,P<0.01),第28天的创面愈合率和PDGF、TGF-β蛋白表达水平均升高(P<0.05)。结论紫龙膏联合LED红光治疗慢性难愈性创面的效果较好,其可能通过提高TGF-β与PDGF蛋白表达水平,促进创面毛细血管增生与成纤维细胞增生,从而加速创面的愈合。

不同波长LEDs光源对苦荞芽菜生长、生物活性物积累及抗氧化活性的影响

为探究不同波长LEDs光源对苦荞芽菜生长的影响,本研究以黑暗(D)作对照,采用单色红(R)、蓝(B)、绿(G)光源培养苦荞芽菜,收获后分别测定其形态指标、生物活性物积累量、类黄酮合成关键基因表达量及抗氧化活性指标,结果表明:B处理的苦荞芽菜下胚轴呈深红色,伸长生长受到强烈抑制,花青素、总黄酮及总酚积累量均最高,分别是D的7.18、2.96和2.49倍;R处理的下胚轴呈浅粉色,上述3种生物活性物积累量分别是对照的2.56、1.68和1.40倍;G处理的下胚轴伸长与R相似,外观呈透明白色,生物活性物积累量与对照无显著差异。B和R均强烈诱导类黄酮生物合成通路上关键结构基因表达,显著增加苦荞芽菜下胚轴抗氧化活性。此外,各单色光处理均未显著影响苦荞芽菜可食用部位的鲜重。由此可见,红、蓝LEDs光源可显著影响苦荞芽菜形态生长,并增加其生物活性物积累及抗氧化能力,以蓝光最佳。

AlGaN基深紫外LED光源灭活柯萨奇病毒研究

为探究在高温热处理AlN模板上制备的不同发光波长AlGaN基LED器件对病毒的灭活效率,本工作在发光波长257~294 nm范围内制备了7组不同发光波长AlGaN基深紫外LED器件,并探究其对柯萨奇病毒灭活效率。实验结果表明,高温热处理AlN模板可以将AlN模板位错密度降低至1.33×10^(7)cm^(-2),为制备高效率AlGaN基LED器件奠定了良好基础;基于高温热处理AlN模板制备的AlGaN基LED器件,在灭活距离2 cm、紫外辐照时间30 s实验条件下,发光中心波长在257~278 nm之间的AlGaN基LED器件对柯萨奇病毒灭活率≥99.90%,而发光中心波长为288 nm、294 nm的LED对柯萨奇病毒灭活率仅为99.47%及96.15%。根据以上研究结果,波长在257~278 nm之间的AlGaN基LED器件适合在病毒消杀领域应用;在本工作实验条件下,波长大于288 nm的AlGaN基深紫外LED器件对病毒灭活效果较差。

两开关无电解电容LED驱动电路拓扑及控制策略

LED驱动电源常因含有平衡输入输出功率的电解电容而导致寿命大打折扣,为延长LED驱动电源的使用寿命以及提高其可靠性,该文提出一种两开关无电解电容LED驱动电路拓扑,该拓扑以反激变换器为基础,通过集成的辅助储能电容实现输入输出瞬时功率平衡,从而大大地减小了抑制输出电流低频纹波所需的电容器容值,实现无电解电容化,并充分吸收漏感能量,使电源效率得到提高。详细分析该电路拓扑的工作原理及各个模态,给出参数设计方法,并提出相应控制策略,最后,搭建一台35 W原理样机验证了该电路拓扑的可行性。

宽输入电压范围的软开关四路均流LED驱动器

为了应对LED的不同输入电压等级应用场合,提出了一种具有宽输入电压范围的四路LED驱动器。该驱动器将Buck-Boost结构集成到全桥网络中,通过不同的开关组合工作在不同的模式,从而获得宽增益。采用无源均流方式实现了四路LED输出均流。由于驱动器的工作特性,开关管无需添加无损缓冲电路即可在全范围内实现零电压开通。详细分析了该驱动器的调制策略、工作原理和性能。最后,搭建了一个69 W的实验样机,实验结果表明该驱动器的输入电压范围为17 V~216 V,均流误差低于3.7%,最大效率可达97.8%。

温差发电协同储能元件驱动LED车灯的响应特性

为实现低品位能源的高效利用,构建了基于温差发电的余热回收系统将余热转化为电能,用以驱动发光二极管(light emitting diodes,LED)车灯点亮.利用恒温加热炉模拟热源,探究了余热回收系统在不同阶段能量转化和驱动LED车灯的响应特性.在实际应用中,研究了储能元件独立驱动LED车灯时光输出特性的变化规律.结果表明:储能元件可以存储回收余热所转化的电能,并独立驱动LED车灯工作,还能缓冲温度变化引起的电压波动;锂电池的能量密度高,可储存更多电能,独立驱动LED车灯时冷启动速度快,点亮时间更长,但充满电所需时间也较长;超级电容冷启动速度慢,但充放电速度较快,有助于余热回收系统短时间工作时缓解LED车灯的驱动电压波动.

LED红蓝光配比对番茄生长和光合的影响

以番茄品种‘普罗旺斯’为材料,在双拱钢架日光温室内进行人工补光试验,设置T1(2R3B,即红光/蓝光珠数配比R:B=2:3)、T2(4R1B)、T3(6R1B)、T4(7R1B)四组红蓝光处理,以不进行人工补光为对照(CK),探究温室番茄生长和光合响应最优的红蓝光配比。结果表明,在T1处理下35d后,番茄的株高、SPAD、蒸腾速率(Tr)和光化学淬灭系数(qP)较对照组分别显著提高26.7%、19.6%、107.6%和34.3%。在T3处理下35d后,番茄的茎粗、花朵数、净光合速率(Pn)、胞间CO_(2)浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和电子传输速率(ETR)较对照组分别显著提高26.9%、38.6%、133.7%、5.9%、183.3%、31.3%和30.9%。在T4处理下35d后,最大光化学效率(Fv/Fm)较对照组分别显著提高4.0%。在对设施番茄进行不同配比红蓝光补光处理下,较对照组可显著促进番茄的生长及光合作用,在本试验设置的2R3B、4R1B、6R1B、7R1B四组红蓝组合光处理中,6R1B(红/蓝光珠数配比R:B=6:1)处理下各项指标表现的综合效果最佳,可为温室番茄栽培LED补光提供一定的理论指导。

LED产品出口扩张对产业专利创新的影响研究

基于我国LED产业呈现“出口规模”和“专利创新”双增长模式,本文利用2014—2021年35家沪深A股上市企业集团的面板数据,考察出口对创新的影响机理。研究表明,在短期,出口扩张显著抑制专利创新数量;在长期,出口扩张显著促进专利创新数量,且对实用新型和外观设计专利的促进效果显著大于发明专利。基于研究成果,建议应当在控制过度的欧美市场依赖和同质产品竞争的基础上重视出口扩张在长期对专利创新的积极影响,一定程度上对改善创新环境及提高创新水平都具有积极意义。

不同光质配比的LED光源补光对水稻机插秧苗生长发育的影响

以甬优12和扬两优6号作为试验材料,育秧期间采用纯蓝LED光源、纯红LED光源及红蓝光质各50%配比光源补光,以自然光下育秧为对照,研究不同红蓝光质配比LED光源补光对水稻机插秧苗生长发育的影响。结果表明,不同光质配比的LED光源补光对水稻秧苗生长有显著影响。蓝光能够抑制幼苗株高,提高充实度和根冠比,在培育壮苗方面发挥重要作用。红光处理下的水稻幼苗茎和叶鞘显著伸长,秧苗生长进程加快。此外,参试2个品种经红蓝光处理后的幼苗叶龄显著提高。试验结果探明了使用LED补光处理对水稻幼苗形态的影响,为调控水稻工厂化育秧的光环境提供了科学依据。

基于蓝图控制技术的LED虚拟摄制虚实交互研究

LED虚拟摄制是目前影视制作领域的一项前沿技术,制作人员仍在不断探索该技术所能实现的拍摄效果。针对提升LED虚拟摄制质量及摄制效果的需求,本文提出一种将虚幻引擎的编程控制功能加入虚拟场景的新拍摄方法,并基于该方法进行了相关研究测试。通过对虚拟物体添加蓝图实现了虚实交互拍摄,创新了LED虚拟摄制的拍摄手法;对虚拟摄影机添加镜头蓝图控制实现了对虚拟物体的自动聚焦,对不同焦距的镜头测试明确了镜头蓝图对拍摄画面的影响,为提升LED虚拟摄制的质量及行业应用提供参考。

一种用于光隔离IGBT栅极驱动的智能型LED驱动电路

采用双极型工艺设计了一种智能型高速LED驱动电路,可用于光隔离IGBT栅极驱动芯片的输入驱动。该设计采用一种新型逻辑门结构来实现信号传输、故障反馈以及外部置位等功能,同时达到降低信号传输延迟时间的目的。测试结果表明,在常温条件下,LED驱动电路的输入信号传输延迟时间为70 ns,复位信号有效到故障消除的延迟时间为4.59μs。所设计的驱动电路能够满足光耦隔离IGBT栅极驱动芯片的使用要求。

UV-LED表面消毒辐射场的数学模拟体系的建立及试验验证

为了实现紫外发光二极管(Ultraviolet Light-Emitting Diodes,UV-LED)表面消毒器设计的优化、高效、智能化目的,研究建立了UV-LED表面消毒辐射场的数学模型,并进行了试验验证。根据该数学模型,编写了VBA(Visual Basic for Applications)程序,对辐射场进行了模拟和分析。结果显示,辐射模型的计算值与实测值接近,试验验证了辐射模型的可行性。试验进行了应用举例,当照射距离与灯间距的比值为0.4时,选择最大发光角90°的UV-LED可使辐射场最优化;当照射距离与灯间距的比值为0.8和1.6时,对应的最优选择分别是45°和30°的UV-LED。数学模型和相关计算方法为优化设计紫外线表面消毒设施提供了模拟、优化的有效工具。

荧光粉配比和激发波长对高品质白光LED的影响

随着人们对照明光源品质要求的不断提高,单一的指标参数已不能完全满足对LED的评价。本文研究了荧光粉配比和激发波长对白光LED的显色指数、光谱功率分布的蓝光危害占比指数、光谱连续度和光效等参数的影响。研究发现,合适的荧光粉种类和配比可以降低荧光粉之间的二次吸收、减少能量损失、光线衰减以及光谱的畸变,实现白光LED品质的提升。此外,不同波长蓝光LED激发荧光粉的优势各不相同,通过组合使用,可提高白光LED的显色指数、光谱连续度,降低光谱功率分布的蓝光危害占比指数。本文采用普通商用450 nm和460 nm的蓝光LED芯片激发优化后的荧光粉,显著提高了白光LED的品质,其显色指数、光谱功率分布的蓝光危害占比指数、光谱连续度和光效分别为97.4、26.3%、93.6%和98.75 lm/W。本研究为高品质白光LED的制备提供了完备的参考依据,有利于推动高品质白光LED的普及。

LED光质对辣椒果实色泽品质的影响

为探究LED光质处理对辣椒果实色泽的影响,采用光强为140μmol·m^(-2)·s^(-1)的LED蓝光(450 nm)、LED绿光(520 nm)、LED红光(660 nm)和LED白光,其中LED白光为对照,在温度25℃、相对湿度80%和光周期12 h的条件下,对花后30 d的辣椒果实分别进行照射,测定照射前及花后38、46 d辣椒果实的色泽指标、总叶绿素含量、总类胡萝卜素含量、总类黄酮相对含量、总花青素相对含量、β-胡萝卜素含量、叶黄素含量、β-隐黄质含量、玉米黄质含量、辣椒红素含量、美国香料贸易协会标准(ASTA)色值和国际色价标准(ICU)等变化。结果表明,与对照相比,LED红光能加速辣椒果实的转色,花后38和46 d,LED红光照射下辣椒果实的色泽指标均显著优于对照。在花后38 d时,LED红光照射下的辣椒红素含量显著增加至花后30 d的27倍,ASTA色值则显著提高至花后30 d的约3.5倍(P<0.05)。在花后46 d时,LED红光照射下的辣椒红素含量和ASTA色值均显著高于对照(P<0.05)。相比之下,LED绿光和LED蓝光则延缓了辣椒果实正常转色。综上,对位于绿熟前期的辣椒果实采用LED红光照射可以加速其转色,并显著加快辣椒红素积累速率和ASTA色值提高速率(P<0.05)。本研究结果为LED光质加速采前辣椒果实转色,尤其是加快辣椒红素的积累及果实色泽品质提升提供了新思路。

不同LED光质对紫花苜蓿种子萌发及幼苗酚类化合物合成的影响

[目的]本文旨在研究不同LED光质对紫花苜蓿种子萌发及幼苗光合色素和酚类化合物含量的影响,为紫花苜蓿芽苗菜生产和植物工厂化生产的光质调控技术提供基础。[方法]以黑暗处理(D)为对照,研究10种LED光质(红光R660和R630,蓝光B450和B465,绿光G520,黄光Y590,红蓝光组合R5B2、R1B1和R2B5,白光W)对紫花苜蓿‘WL656’种子萌发、幼苗生长、解剖及酚类化合物合成的影响。[结果]不同处理对紫花苜蓿种子发芽率、发芽势、发芽指数无显著影响。单色光处理中,2种纯红光均促进紫花苜蓿幼苗胚根伸长;B465处理使幼苗下胚轴直径、表皮细胞厚度、皮层厚度和单个导管面积均显著增加,B450使维管束直径显著增加。不同单色光对叶绿素a含量无显著影响,而2种蓝光处理下叶绿素b含量最低,R660处理下类胡萝卜素含量最高;2种纯蓝光均对幼苗中花青素、总酚和类黄酮的积累有促进作用,而在G520、Y590和D处理下幼苗几乎不含花青素。R630提高下胚轴中查尔酮合成酶(CHS)活性,G520显著提高子叶中CHS活性;W提高幼苗下胚轴的花青素合成酶(ANS)活性,Y590提高幼苗中ANS活性。3种红蓝光组合中,随着红光比例降低,茎直径、皮层厚度和下胚轴CHS活性降低,根长、表皮细胞厚度、维管束直径和下胚轴中花青素含量先减少后增加,子叶中光合色素含量和CHS活性上升。下胚轴中总酚和类黄酮含量在R2B5处理中最高,子叶中3种酚类化合物含量无差异。下胚轴中ANS活性在R1B1处理下最高,子叶中ANS活性在R5B2处理下最高。[结论]纯红光促进种子发芽后的幼苗伸长,纯蓝光促进幼苗中花青素、类黄酮和总酚生成,红蓝光组合对幼苗生理特性影响较为复杂。综合考虑生长生理指标,R2B5处理下生长量适中,叶绿素和酚类物质含量较高,是较适合紫花苜蓿幼苗生长的LED光质。

双波段LED照明的基因测序荧光显微系统设计

荧光显微成像系统是基因测序仪的关键模块之一,为了确保基因测序的准确性,荧光成像系统要能够实现高分辨率,高质量成像。为满足对基因测序仪小型化,低成本,高分辨率的需求,本文设计了一种基于窄带LED照明的双波段基因测序荧光显微成像系统。首先,根据荧光显微成像的基本原理,利用临界照明原理设计基于LED的照明系统,通过仿真分析优化照明均匀性,并利用分束镜完成高分辨率、高成像质量的成像系统设计。通过设计方案完成了样机研制,并验证了成像性能。根据测试结果显示,所设计的显微系统XY方向分辨率为0.8μm,照明均匀性优于80%,满足高分辨率成像要求。相较其他系统而言,该系统整机具有小型化,低成本的特点,满足基因测序需求,在发展小型化基因测序仪领域具有重要应用前景。