一种基于弹性遮光帘的自动调光系统

本发明属于光合生物培养领域，更特别地，涉及一种基于弹性遮光帘的自动调光系统。

背景技术：

1、微藻具有生长速率快、固碳能力强及产物组成丰富等优势，已被广泛应用于医药健康、食品饲料、能源燃料、生物固碳和环境修复等领域。对微藻进行高效低成本大规模培养是实现微藻产业应用的基础。光照是驱动微藻光合作用的唯一能量来源，通常微藻自养培养的补偿光强小于30μmol m-2s-1，饱和光强为200～600μmol m-2s-1，只有当光照强度处于补偿光强和饱和光强之间时，微藻细胞生长最佳，生长速度随光强的增加而增加，且光照强度处于饱和光强附近，微藻生长速度最快。

2、户外培养时，光照强度往往会超出适于微藻生长的范围。例如，在户外，晴朗的早晨光强可以达到400～800μmol m-2s-1，到了中午往往超过2000μmo l m-2s-1，同时天气情况严重影响太阳光的光照强度(如多云天气时太阳光强在大云层遮挡下最低为200～300μmol m-2s-1)，且变化没有规律。

3、在微藻的规模化户外养殖中，常常使用遮阳帘来防止强光对微藻细胞的光抑制和光损伤。目前微藻户外养殖常使用的遮阳帘的遮光率是固定的，无法针对光照的变化进行调节，导致很多情况下要么无法避免光抑制，要么发生光能损失。此外，常规的遮阳帘需要手动打开和关闭，一方面增加了人力成本，另一方面容易导致操作延迟。尤其在光照多变的多云天气，太阳光强随时间变化显著，人为地开关遮阳帘不现实。

4、因此需要一种能够根据光照情况自动调节遮光率的系统，准确、实时地避免或减少强光，特别是中午强光对微藻细胞的光抑制和光损伤，使微藻在白天培养时光照强度相对稳定。

技术实现思路

1、为解决以上问题，本发明提供了一种基于弹性遮光帘的自动调光系统，包括拉伸开孔弹性遮光层、监测装置和控制装置，

2、所述拉伸开孔弹性遮光层包括弹性遮光帘；

3、所述控制装置与所述监测装置通信连接，接收来自所述监测装置的实时光强数据；

4、所述孔弹性遮光层与所述控制装置通信连接，在所述控制装置的控制下拉升或放松所述弹性遮光帘，调节所述弹性遮光帘的透光率。

5、本发明的基于弹性遮光帘的自动调光系统可根据实时光照情况，自动调节弹性遮光帘的拉伸状态，以获得目的透光率，从而对户外微藻培养环境或植物生长环境的光强调节，在高光照天气实现光削峰，使微藻和植物更长的时间处于最适生长光强条件，有利于微藻和植物的生长。

6、在一个具体实施方案中，所述弹性遮光帘包括沿拉伸方向的弹力带和与拉升方向成夹角的非弹力带，所述弹力带和所述非弹力带形成网格。

7、在一个具体实施方案中，所述拉伸开孔弹性遮光层还包括固定轴、卷绕轴和电机；

8、所述弹性遮光帘的一端与所述固定轴连接，另一端与所述卷绕轴连接，所述固定轴和卷绕轴构成所述拉伸方向。

9、在一个具体实施方案中，所述控制装置根据透过前实时光强i0、目标光强iaim和透过后实时光强i，实时调节所述弹性遮光帘的透光率。

10、在一个具体实施方案中，包括以下步骤：

11、s1：根据透过前实时光强io与目标光强i aim的关系进行判定：

12、当i0≤i aim时，电机正向转动至最大限位；

13、当i0≥i aim/s时，电机反向转动到初始位置；

14、当i aim＜i0＜iaim/s时，进行s2；

15、其中，s为所述弹性遮光帘的最小透光率。

16、s2：根据透过前实时光强i0、目标光强i aim，计算所述电机转动的理论时间，并使所述电机转动所述理论时间，然后进行s3；

17、s3：根据透过后实时光强i与目标光强i aim之间的大小关系，控制所述电机的旋转，当i小于目标光强i aim，正转电机拉伸遮光帘使网孔变大，当i大于i aim，反转电机回弹遮光帘使网孔变小，直至i处于目标光强iaim范围内时停止转动。

18、在一个具体实施方案中，所述电机转动的理论时间t的计算公式如下：

19、

20、其中，ω表示卷绕轴的转动角速度，r表示卷绕轴横截面半径，l表示所述非弹力带之间的理论间距，dl表示所述非弹力带的宽度，l表示所述拉伸开孔弹性遮光层沿拉升方向的长度，n表示非弹力带的数目,t last表示上一次执行完成后的电机转动时间；

21、所述理论时间的正负分别表示电机转动方向使所述弹性遮光帘拉长或缩短,相对于电机初始位置；

22、当电机处于初始位置时,t＝0。

23、在一个具体实施方案中，l的计算公式如下：

24、

25、其中，k表示所述弹力带之间的理论间距，idirect表示太阳直射光强。

26、在一个具体实施方案中，太阳直射光强idirect通过以下公式计算：

27、i＝idirect+iscat       i

28、iscat＝a×i02+b×i0+c        ii

29、其中，iscat表示散射光强，

30、系数a、b和c分别通过在所述基于弹性遮光帘的自动调光系统布置的地方对透过前实时光强i0与散射光强进行拟合曲线绘制得到。

31、在一个具体实施方案中，所述弹性遮光帘为水平安装或与水平方向成夹角安装。

技术特征：

1.一种基于弹性遮光帘的自动调光系统，其特征在于，包括拉伸开孔弹性遮光层、监测装置和控制装置，

2.根据权利要求1所述的自动调光系统，其特征在于，所述弹性遮光帘包括沿拉伸方向的弹力带和与拉升方向成夹角的非弹力带，所述弹力带和所述非弹力带形成网格。

3.根据权利要求2所述的自动调光系统，其特征在于，所述拉伸开孔弹性遮光层还包括固定轴、卷绕轴和电机；

4.根据权利要求3所述的自动调光系统，其特征在于，所述控制装置根据透过前实时光强i0、目标光强iaim和透过后实时光强i，实时调节所述弹性遮光帘的透光率。

5.根据权利要求4所述的自动调光系统，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的自动调光系统，其特征在于，所述电机转动的理论时间t的计算公式如下：

7.根据权利要求6所述的自动调光系统，其特征在于，l的计算公式如下：

8.根据权利要求7所述的自动调光系统，其特征在于，太阳直射光强idirect通过以下公式计算：

技术总结本发明涉及基于弹性遮光帘的自动调光系统，包括拉伸开孔弹性遮光层、监测装置和控制装置，所述拉伸开孔弹性遮光层包括弹性遮光帘；所述控制装置与所述监测装置通信连接，接收来自所述监测装置的实时光强数据；所述孔弹性遮光层与所述控制装置通信连接，在所述控制装置的控制下拉升或放松所述弹性遮光帘，调节所述弹性遮光帘的透光率。本发明的基于弹性遮光帘的自动调光系统可根据实时光照情况，自动调节弹性遮光帘的拉伸状态，以获得目的透光率，从而对户外微藻培养环境或植物生长环境的光强调节，在高光照天气实现光削峰，使微藻和植物更长的时间处于最适生长光强条件，有利于微藻和植物的生长。技术研发人员：吕雪峰,王永强,章志斌,李璐,陈林,刘天中受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/17