溫室室內(nèi)用光輻射儀支撐架的設(shè)計與開發(fā)

楊文雄，葉 克，李軍輝，呂亞州，馬承偉

(1.北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院，北京 102242；2.中國農(nóng)業(yè)大學，北京 100083)

合理利用太陽光，是日光溫室種植技術(shù)需要考慮的重要問題，精確獲取日光溫室室內(nèi)各處的光輻射照度并加以科學分析，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展要求，也是北京精準農(nóng)業(yè)的種植要求，能夠有效提高日光溫室的光利益效率，增加日光溫室產(chǎn)出和經(jīng)濟效益[1-3]。

但目前光輻射儀隨身附帶的支撐架，主要針對溫室外氣象數(shù)據(jù)采集用，支撐架的最低高度1.5 m；而測量溫室內(nèi)光輻射照度時，常常要測量1.5 m以下的各點，光輻射儀自帶支架無法做到。

由于測量光輻射時，要求光輻射儀探頭豎直向上，而且周圍10 m范圍沒有遮擋，如果采用安裝多種探測儀的支撐架，支撐架主桿會對光輻射儀有遮擋，導(dǎo)致測量出現(xiàn)偏差。

目前的光輻射測量設(shè)備主要在溫室外使用，且高度固定、地點固定，不能精確獲取溫室內(nèi)各處的光分布情況，造成農(nóng)戶在溫室作物種植時不能充分合理地利用太陽光，造成日光溫室產(chǎn)出較低，經(jīng)濟效益不顯著。筆者開發(fā)設(shè)計一種高度可調(diào)、能適應(yīng)各種地面、方便移動的溫室室內(nèi)用光輻射儀支撐架，它能夠幫助光輻射儀精確獲取日光溫室各處的光輻射照度，從而提高日光溫室的光利用效率，提升日光溫室的產(chǎn)出和經(jīng)濟效益[4-8]。

1 支撐架的結(jié)構(gòu)與組成

溫室室內(nèi)用光輻射儀支撐架，包括底桿與可調(diào)節(jié)桿。其中，底桿底端設(shè)計有空心錐形底座；底桿頂端對側(cè)開有定位孔?？烧{(diào)節(jié)桿為2～3根，層層嵌套設(shè)置，且位于最內(nèi)層的調(diào)節(jié)桿頂端設(shè)計有安裝平面，用來安裝光輻射儀。上述每根可調(diào)節(jié)桿側(cè)壁上相對位置沿軸向開有等間距的調(diào)節(jié)孔；將不同調(diào)節(jié)孔間以及不同調(diào)節(jié)孔與定位孔間匹配，由螺頂穿過固定。

當各層可調(diào)節(jié)桿頂端位置調(diào)節(jié)孔均與底桿上定位孔配合時，支撐架高度為0.4 m。當各層可調(diào)節(jié)桿中，滿足外層可調(diào)節(jié)桿頂端調(diào)節(jié)孔與內(nèi)層可調(diào)節(jié)桿底端調(diào)節(jié)孔配合，同時，最外層可調(diào)節(jié)桿底端調(diào)節(jié)孔與底桿上定位孔配合時，支撐架高度為2.0 m。

2 支撐架的連接與組裝

溫室室內(nèi)用光輻射儀支撐架，包括底桿、可調(diào)節(jié)桿，均為空心結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

注：1.底桿；101.錐形底座；102.定位孔；2.可調(diào)節(jié)桿；201.調(diào)節(jié)孔；5.光輻射儀Note：1.Bottom rod；101.Conical base；102.Positioning hole；2.Adjustable rod；201.Adjusting hole；5.Optical radiometer圖1 光輻射儀支撐架構(gòu)成Fig.1 Support structure of optical radiometer

其中，底桿底端設(shè)計有空心錐形底座，用于支撐架的放置。錐形底座與底桿間可設(shè)計為一體化結(jié)構(gòu)，或與底桿間設(shè)計為通過螺紋固定安裝的可拆卸結(jié)構(gòu)。底桿頂端對側(cè)開有定位孔?？烧{(diào)節(jié)桿為2～3根，層層嵌套設(shè)置，且位于最內(nèi)層的調(diào)節(jié)桿頂端設(shè)計有安裝平面，用來安裝光輻射儀，安裝平面上設(shè)計有豁口，供光輻射儀的數(shù)據(jù)線穿過。

上述每根可調(diào)節(jié)桿側(cè)壁上相對位置沿軸向開有等間距的調(diào)節(jié)孔，調(diào)節(jié)孔數(shù)量為10～20個。通過各層可調(diào)節(jié)桿上不同水平位置的調(diào)節(jié)孔間配合，以及各層可調(diào)節(jié)桿上不同水平位置的調(diào)節(jié)與底桿上定位孔間配合，實現(xiàn)各層可調(diào)節(jié)桿與底桿間豎直方向上相對位置的調(diào)節(jié)定位，實現(xiàn)支撐架高度可調(diào)，進而實現(xiàn)光輻射儀在日光溫室內(nèi)不同高度的調(diào)節(jié)。上述各個調(diào)節(jié)桿頂端位置周向上設(shè)計有環(huán)形限位臺，用來在進行支撐架高度調(diào)節(jié)時，對可調(diào)節(jié)桿的握持，防止調(diào)節(jié)過程中內(nèi)層可調(diào)節(jié)桿頂端陷入外層可調(diào)節(jié)桿內(nèi)。為了使支撐架適應(yīng)日光溫室內(nèi)的光輻射測量，使支撐架可調(diào)節(jié)高度范圍在0.4～2.0 m。

為了加強支撐架與水泥地面間的穩(wěn)固程度，在底桿底端錐形底座上部側(cè)壁上設(shè)計有進料斗，與底桿內(nèi)部連通，如圖2所示。由此，通過進料斗，可向錐形底座內(nèi)部填充沙石，將錐形底座與磚面或混凝土間壓緊。

注：1.底桿；101.錐形底座；3.定位桿Note：1.Bottom rod；101.Conical base；3.Positioning rod圖2 光輻射儀支撐架底部穩(wěn)固設(shè)計Fig.2 Stable design of the bottom of the support of the optical radiometer

為了使支撐架同時適應(yīng)泥土地面上的設(shè)置，還設(shè)計有空心定位桿，定位桿一端為尖端，作為定位端；另一端設(shè)計有外螺紋結(jié)構(gòu)，作為連接端。同時，在底桿底端錐形底座底端中心位置設(shè)計有螺紋孔，通過定位桿的連接端與螺紋孔配合擰緊固定實現(xiàn)定位桿與支撐架的連接。進而在支撐架進行設(shè)置時，可通過定位桿的尖端將定位桿插入泥土地面，實現(xiàn)支撐架與泥土地面間的穩(wěn)固設(shè)置，如圖3所示，且同樣可以通過進料斗向錐形底座內(nèi)部填充沙石，實現(xiàn)支撐架的穩(wěn)固設(shè)置。上述結(jié)構(gòu)當拆下定位桿后，即可實現(xiàn)支撐架在磚面或混凝土地面上的設(shè)置，且同樣可以通過進料斗向錐形底座內(nèi)部填充沙石，實現(xiàn)支撐架的穩(wěn)固設(shè)置。

注：1.底桿；101.錐形底座；3.定位桿；4.進料斗Note：1.Bottom rod；101.Conical base；3.Positioning rod；4.Feed hopper圖3 光輻射儀支撐架適應(yīng)泥土地面的底部穩(wěn)固設(shè)計Fig.3 Stable design of the bottom of the support of the optical radiometer adapted to soil surface

3 結(jié)論

該研究設(shè)計開發(fā)的溫室內(nèi)用光輻射儀支撐架高度可調(diào)節(jié)至接近溫室地面高度0.4 m，而目前的支撐架最低為1.5 m。該支撐架可以適應(yīng)更加復(fù)雜的地況，且適應(yīng)于泥土地面或水泥地面上的設(shè)置，穩(wěn)定性強。

在該支撐架頂部光輻射儀安裝方便，無需將光輻射儀信號線拆掉后重新裝上。同時，光輻射儀位于支撐架頂部，不會受到支撐架自身對光遮擋的影響，可有效提高日光溫室的光利用效率，值得推廣應(yīng)用。