一种基于高压静电场的植物理疗装置

摘要

本发明公开了一种基于高压电场的植物理疗装置，主要由上流水管与回流水管、营养液补充管、电磁阀、泵、静电屏蔽罩、正负极板、一对风扇、培养槽、高压发生器、温湿度传感器、光照强度传感器、计算机控制终端、光学传感器、离子浓度传感器与pH传感器与测量杯组成。通过为植物生长提供适宜的光照、温度、湿度与电场环境，最大程度促进植物对养分吸收和光能利用，从而促进植物生长发育优化植物生理特性。同时本发明可实现精确施肥按需施肥，减少化肥使用量，提高肥料利用率；且具有静电除虫的功能，能消除农药污染。本发明可应用于无公害农作物增产的科学研究和实际生产。

说明书

技术领域

本发明涉及植物生长技术领域，尤其涉及一种基于高压静电场的植物理疗装 置。

背景技术

矿质元素是植物生长的必须元素，对作物生长发育起着至关重要的作用。其 中包含氮、磷、钾等大量元素，以及铁、锰、锌等微量元素。我国是农业大国， 每年都消耗大量的化肥。然而，目前我国肥料利用率很低，造成了大量养分流失， 资源浪费和环境污染。

研究表明，合适的高压静电场处理可以改变膜电位，从而改变离子通道的开 闭，提高根系活性吸收面积，促进植物对于营养物质吸收，从而有利于干重的积 累；同时有助于植物将光能转化为化学能，提高叶片对光能的利用率，从而为生 命活动提供更多能量，有利于植物生长。同时，使用高压静电场增产减少了农药 化肥的使用，提高了养分利用率，减少了资源浪费和环境污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高压静电技术的植物理疗装置，以实现检 测、调控植物养分吸收，提高植物生长速率，提高植物生理特性以及智能化施肥 的目的。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于高压静电场的植物理疗装置，其特征在于：包含离子浓度传感器与pH 传感器(1)、电磁阀(2)、泵(3)、回流水管(4)、静电屏蔽罩(5)、正极板(6)、 植物(7)、风扇(8)、电磁阀(9)、营养液补充管(10)、培养槽(11)、负极板(12)、 电压表(13)、高压发生器(14)、绝缘板(15)、上流水管(16)、温湿度传感器(17)、 光照强度传感器(18)、风扇(19)、计算机控制终端(20)、光学传感器(21)和测 量杯(22)；

所述静电屏蔽罩(5)为6块10mm厚的矩形有机玻璃构成的长方体的箱体结构； 静电屏蔽罩(5)外置有平行的多条用以提供光照的LED灯带；

静电屏蔽罩(5)侧面设有一组风扇即风扇A(8)和风扇A(19)；静电屏蔽罩(5)侧 面设有温湿度传感器(17)与光照强度传感器(18)；

所述正极板(6)与负极板(12)由两块大小相同的圆角矩形状钢质或铜质极板组 成；正极板(6)通过绝缘材料悬于静电屏蔽罩(5)上板，并通过专用电缆与高压发 生器(14)正极相连；负极板(12)固定到屏蔽罩(5)底部的绝缘板(15)上，并接地；

绝缘板(15)置于静电屏蔽罩(5)下部内表面上；正极板(6)与负极板(12)互相平行； 正极板(6)与负极板(12)之间装有电压表(13)；

所述植物(7)被固定在泡沫板上，并置于充满已知配方的营养液的培养槽(11) 中；所述培养槽(11)被置于静电屏蔽罩(5)内的负极板(12)上；

所述回流水管(4)、上流水管(16)与营养液补充管(10)分别穿过静电屏蔽罩(5) 伸到培养槽(11)内的营养液中；回流水管(4)与上流水管(16)之间安装有水泵(3)； 回流水管(4)上安装有电磁阀(2)，营养液补充管(10)上安装有电磁阀(9)，由计算 机控制终端(20)控制电磁阀(2)和电磁阀(9)开和关；

所述离子浓度传感器与pH传感器(1)的探针置于测量杯(22)内。

所述的离子浓度传感器与pH传感器(1)为可测量N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn、 B、Zn、Cu、Mo、Cl离子浓度传感器中的任一种。

本发明的工作原理

通过实验研究，得到不同强度高压静电场对不同生长阶段植物离子吸收、光 能转化等生理指标的影响，并建立相应的数据库。如图1所示，计算机控制终端 根据数据库信息初步确定一合适场强并输出相应频率的脉冲信号。信号经过放 大、升压、高压倍压整流最后在正负极板两端输出高压。输出测量模块对输出的 电压进行测量，反馈给计算机控制终端。计算机控制终端根据目标值和实际值的 差异进行补偿调节，以提供稳定准确的高压，从而在植物培养箱中产生相应高压 静电场。离子浓度传感器与pH传感器相结合采集营养液中剩余营养物质信息， 用于计算植物营养吸收速率。上述信息通过数据采集卡送交计算机控制终端分 析。计算机根据反馈来的信息推断植物生长状态输出在显示器上，并结合数据库 对高压静电场进行调节，从而最大程度的优化植物生长。光学传感器采集植物叶 片光谱信息供参考检测植物生长状况。

本发明的工作过程为：水泵(3)工作，使培养槽中的营养液通过回流水管(4)与上 流水管(16)依箭头(顺时针)方向流动，从而尽量使培养槽中营养液浓度均匀。 计算机控制终端(20)控制高压发生器(14)向正极板(6)与负极板(12)之间施加特定 电压，使正极板(6)与负极板(12)之间形成稳定的所需电场。计算机控制终端每隔 一段时间控制电磁阀(2)开启，抽取5ml营养液到测量杯(22)中。离子浓度传感器 与pH传感器(1)检测营养液中的多种离子浓度与pH值，并传输给计算机控制终端 (20)。计算机控制终端(20)通过“耗竭法”，利用如下式所示的改进的 Michaelis–Menten方程计算植物离子吸收动力学参数I_max与K_m，从而判定植物的 营养吸收状况。

$C-C_0=t·I_{\max }+K_m\ln \frac{c_0}{c}$

式中C为吸收溶液浓度，C₀为吸收溶液起始浓度，t为吸收时间；

于此同时，电磁阀(9)打开，营养液补充管(10)向培养槽(11)中补充与抽样体 积V相等体积的已知配方营养液。光学传感器(21)采集的植物光谱数据，并传入 计算机控制终端20，显示在计算机控制终端(20)的显示器上，供操作人员检测植 物的生长情况。

本发明具有有益效果。本发明是一种基于高压静电场的植物理疗装置，可以 根据需求对植物进行电场刺激，改善植物对于营养的吸收和光能的利用，同时结 合适宜的光照、温度、湿度环境，最大程度促进植物生长发育优化植物生理特性。 本发明可还可做到精确施肥按需施肥，减少了化肥使用量，提高了肥料利用率。 此外本发明还具有静电除虫的功能，消除了农药污染。

附图说明

图1为基于高压静电技术的植物理疗装置原理图；

图2为基于高压静电技术的植物理疗装置示意图；

图3为屏蔽罩外LED光源示意图。

图中：1-离子浓度传感器与pH传感器；2-电磁阀；3-泵；4-回流水管；5-静电屏 蔽罩；6-正极板；7-植物；8-风扇；9-电磁阀；10-营养液补充管；11-培养槽；12- 负极板；13-电压表；14-高压发生器；15-绝缘板；16-上流水管；17-温湿度传感 器；18-光照强度传感器；19-风扇；20-计算机控制终端；21-光学传感器；22-测 量杯

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细说明。

如图2所示，一种基于高压静电场的植物理疗装置主要包括离子浓度传感器 与pH传感器1；电磁阀2；泵3；回流水管4；静电屏蔽罩5；正极板6；植物7；风 扇8；电磁阀9；营养液补充管10；培养槽11；负极板12；电压表13；高压发生器 14；绝缘板15；上流水管16；温湿度传感器17；光照强度传感器18；风扇19；计 算机控制终端20；光学传感器21；测量杯22。

所述静电屏蔽罩5为6块10mm厚矩形有机玻璃构成的长方体的箱体结构。如 图3所示，有机玻璃板外置有平行的多条LED灯带提供光照。静电屏蔽罩5上设有 一组风扇8和19。静电屏蔽罩5上设有温湿度传感器17与光照强度传感器18。温湿 度传感器17与光照强度传感器18将所采集的静电屏蔽罩5内的温度、湿度、光照 信息数据传输给计算机控制终端20。计算机控制终端20根据需要调节风扇8和19 的转速以及静电屏蔽罩5外LED灯带的打开数量，从而控制静电屏蔽罩5内的温湿 度和光照强度。

所述正极板6与负极板12由两块大小相同的圆角矩形状导电性好的金属极板 组成。正极板6用绝缘材料悬于静电屏蔽罩5上板，并用专用电缆与高压发生器14 正极相连。负极板12固定到底部的绝缘板15上，并接地。绝缘板15置于静电屏蔽 罩5下板上。正极板6与负极板12互相平行。正极板6与负极板12之间装有电压表 13，可测量正极板6与负极板12之间的电压，并反馈给计算机控制终端20。

所述植物7被固定在泡沫板上，置于充满已知配方的营养液的培养槽11中。 培养槽11被置于静电屏蔽罩5内的负极板12上。

所述回流水管4、上流水管16与营养液补充管10均穿过静电屏蔽罩5，伸到培 养槽11内的营养液中。回流水管4与上流水管16之间安装有水泵3，可使回流水管 4与上流水管16内水流顺时针循环。回流水管4与营养液补充管10上分别安装有电 磁阀2和电磁阀9，由计算机控制终端20控制开、关。

所述离子浓度传感器与pH传感器1的探针置于测量杯22内，可测量杯内液体 的多种离子浓度与pH值，并传送给计算机控制终端20。离子浓度传感器包含N、 P、K、S、Ca、Mg、Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl离子浓度传感器，可根据需 求进行选择更换。光学传感器21可采集的植株光谱数据，并传入计算机控制终端 20。

本发明的工作原理如图1所示。本发明的工作过程具体如下：

步骤一，水泵3工作，使培养槽中的营养液通过回流水管4与上流水管16依箭头(顺 时针)方向流动，从而尽量使培养槽中营养液浓度均匀。

步骤二，计算机控制终端20控制高压发生器14向正极板6与负极板12之间施加特 定电压，使正极板6与负极板12之间形成稳定的所需电场。电压表13测量正极板6 与负极板12之间的电压，并反馈给计算机控制终端20。计算机控制终端通过将所 测电压与目标电压进行比较，控制高压发生器14进行补偿、修正，从而保证正极 板6与负极板12之间形成所需的稳定电场。

步骤三，计算机控制终端每隔30分钟控制电磁阀2开启，抽取5ml的营养液到测量 杯22中。离子浓度传感器与pH传感器1检测营养液中的各种离子浓度与pH值，并 传输给计算机控制终端20。

步骤四，计算机控制终端20通过“耗竭法”，利用改进的Michaelis–Menten方 程(如下式所示)计算植物离子吸收动力学参数I_max与K_m，从而判定植物的营养 吸收状况。

$C-C_0=t·I_{\max }+K_m\ln \frac{c_0}{c}$

式中C为吸收溶液浓度，C₀为吸收溶液起始浓度，t为吸收时间；

步骤五，电磁阀9打开，营养液补充管10向培养槽11中补充5ml已知配方营养液。 步骤六，光学传感器21采集的植株光谱数据，并传入计算机控制终端20，显示在 计算机控制终端20的显示器上，供操作人员检测植株的生长情况。