1、光电效应在农业中的应用张丽娜 理学院 光信 10074105摘要: 光电效应 光电传感器 LED 植物灯随 着 科 学 技 术 的 发 展 ,光 电 效 应 的 应 用 越 来 越 广泛 ,从 农 业 植 物 病 虫 害 防 治 生 长 ,传 感 器 ,光 电 转 换 器 到检 测 等 都 用 到 了 光 电 效 应 的 原 理 .我 们 先 来 说 说 什 么 是光 电 效 应 ,就 是 当 光 照 在 物 体 上 时 ,光 的 能 量 仅 部 分 地以 热 的 形 式 为 物 体 所 吸 收 ,而 另 一 部 分 则 转 换 为 物 体 中某 些 电 子 的 动 能 ,使 这 些 电 子
2、逸 出 物 体 表 面 ,这 种 现 象称 为 光 电 效 应 . 光 电 效 应 又 分 为 光 电 子 发 射 、 光 电 导效 应 和 阻 挡 层 光 电 效 应 ， 又 称 光 生 伏 特 效 应 。 前 一 种 现象 发 生 在 物 体 表 面 ， 又 称 外 光 电 效 应 。 后 两 种 现 象 发 生在 物 体 内 部 ， 称 为 内 光 电 效 应 。植 物 在 生 长 的 过 程 中 都 需 要 阳 光 的 照 射 ,光 对 植物 生 长 的 作 用 是 促 进 植 物 叶 绿 素 吸 收 二 氧 化 碳 和 水 等 养份 ， 合 成 碳 水 化 合 物 。 但 现 代 科
3、 学 可 以 让 植 物 在 没 有 太阳 的 地 方 更 好 地 生 长 ， 人 们 掌 握 了 植 物 对 太 阳 需 要 的 内在 原 理 ， 就 是 叶 片 的 光 合 作 用 ， 在 叶 片 光 合 作 用 时 需 要外 界 光 子 的 激 发 才 可 完 成 整 个 光 合 过 程 ， 太 阳 光 线 就 是光 子 激 发 的 一 过 供 能 过 程 。 人 为 的 创 造 光 源 也 同 样 可 以让 植 物 完 成 光 合 过 程 ， 现 代 园 艺 或 者 植 物 工 厂 内 都 结 合了 补 光 技 术 或 者 完 全 的 人 工 光 技 术 。 科 学 家 发 现 蓝 光
4、 区和 红 光 区 十 分 接 近 植 物 光 合 作 用 的 效 率 曲 线 ， 是 植 物 生长 的 最 佳 光 源 。 所 以 人 们 就 发 明 了 LED 植 物 灯 ,这 种灯 所 发 出 的 蓝 红 光 比 例 很 高 ,正 好 适 合 植 物 的 生 长 .LED 光 源 又 称 半 导 体 光 源 ， 这 种 光 源 波 长 比 较 窄 ， 能 控制 光 的 颜 色 。 用 它 对 植 物 进 行 单 独 照 射 ， 就 能 改 良 植 物品 种 。 LED 植 物 生 长 灯 还 能 用 于 冬 季 阴 雨 天 气 给 植 物补 充 光 源 .所 以 由 此 看 来 植 物
5、 的 生 长 充 分 的 利 用 了 光 电效 应 的 原 理 .光 电 传 感 器 一 般 由 光 源 、 光 学 通 路 、 光 电 元 件 等 三 个 部 分 组 成 。 其 基 本 原 理 是 以 光 电 效 应 为 基 础 ,把被 测 量 的 变 化 转 换 成 光 信 号 的 变 化 ,然 后 借 助 光 电 元 件进 一 步 将 光 信 号 转 换 成 电 信 号 ,一 般 光 电 效 应 在 农 业 中的 应 用 就 在 播 种 ,喷 雾 ,移 栽 等 技 术 上 .播 种 是 农 业 增 收 的 第 一 环 ,播 种 机 性 能 检 验 是 为 了达 到 高 效 、 高 质
6、量 的 播 种 效 果 。 目 前 ,国 内 外 的 种 子粒 距 检 测 均 以 光 电 传 感 器 检 测 手 段 为 主 ,属 于 间 接 测量 ,不 能 直 接 反 映 播 种 机 运 行 情 况 及 播 种 精 度 。 史 智兴 等 借 鉴 感 光 材 料 行 业 的 感 光 测 定 方 法 ,将 标 准 光 楔作 为 光 电 传 感 器 抗 尘 性 能 的 量 化 测 量 工 具 ,把 光 学 密度 值 作 为 光 电 传 感 器 抗 尘 性 能 的 量 化 指 标 。 分 析 了 直 射光 、 漫 射 光 的 差 异 ,设 计 了 具 体 测 量 方 案 ,提 出 了 抗 尘指
7、数 的 概 念 。 设 计 了 光 电 传 感 器 在 排 种 通 路 的 安 装 结 构以 及 整 个 系 统 的 供 电 方 案 ,田 间 使 用 结 果 表 明 ,该 装 置能 够 适 应 田 间 工 作 环 境 ,可 取 代 农 机 手 实 现 可 靠 监 测 报警 。 该 设 计 监 测 传 感 器 分 别 监 测 种 子 箱 有 无 种 子 ,排种 管 仅 为 种 通 过 ,开 沟 器 是 否 堵 塞 。随 着 工 业 化 技 术 水 平 的 全 面 提 高 ,在 大 型 喷 雾 设 备上 ,采 用 液 压 机 构 控 制 喷 杆 的 工 作 姿 态 、 平 衡 与 稳 定 ,采
8、用 电 子 技 术 对 作 业 速 度 、 作 业 面 积 、 喷 雾 压 力 、 喷 雾量 等 进 行 监 测 和 自 动 调 整 ,改 善 了 机 手 的 劳 动 条 件 ,提高 了 作 业 效 率 和 准 确 性 。 根 据 一 些 科 学 家 的 研 究 ,红外 光 电 传 感 器 具 有 灵 敏 度 高 、 体 积 小 、 环 境 适 应 能 力 强等 优 点 ,适 合 在 特 殊 环 境 中 应 用 。 根 据 光 电 传 感 器 原 理和 泥 沙 颗 可 有 效 探 测 水 库 浑 水 层 深 度 和 厚 度 。现 在 研 制 出 来 的 移 栽 机 器 人 有 2 条 传 送
9、带 ,一 条用 于 传 送 插 盘 ,另 一 条 用 于 传 送 盆 状 容 器 。 其 他 的 主 要部 件 是 插 入 式 拔 苗 器 ,杯 状 容 器 传 送 带 ,漏 插 分 选 器 和插 入 式 栽 培 器 。 在 开 发 该 系 统 时 ,采 用 光 电 传 感 器 、 发射 机 和 接 收 机 。 当 杯 中 的 植 物 从 发 射 器 与 接 收 器 之 间 经过 时 ,如 果 光 线 被 茎 或 叶 子 挡 住 ,就 可 以 断 定 真 实 的 苗在 杯 中 。 传 感 器 可 以 上 下 调 整 以 改 变 拒 绝 低 于 标 准 的 劣苗 的 阀 门 ,通 过 杯 传 送
10、 带 的 转 动 将 劣 苗 抛 在 废 料 箱 中 。由 于 他 能 在 不 停 止 运 动 的 情 况下 进 行 探 测 ,所 以 这 是 最 为 简 单 、 快 速 和 经 济 的 方 法 。随 着 技 术 进 步 ,要 求 传 感 器 准 确 度 高 、 可 靠 性 高 、稳 定 性 好 ,而 且 有 一 定 的 数 据 处 理 能 力 ,并 能 够 自 检 、自 校 、 自 补 偿 ,传 统 的 光 电 传 感 器 已 不 能 满 足 这 样 的 要求 了 ,而 智 能 光 电 传 感 器 是 当 今 国 际 科 技 界 研 究 的 热 点 。总 之 ,当 光 电 传 感 器 技 术 产 生 较 快 的 发 展 时 ,必 将 为 农业 、 工 业 等 领 域 的 新 发 展 、 新 进 步 带 来 新 的 动 力 与 活 力 。光 电 效 应 在 农 业 中 的 应 用 我 就 讲 这 么 多 ,事 实 上 光电 效 应 在 其 他 领 域 应 用 的 范 围 是 非 常 广 泛 的 优 待 我 们 大家 一 起 去 探 索 发 现 .参 考 文 献 ： 华 中 农 业 大 学 理 学 院 王 贤 锋百 度 文 库
