照传感器学习.pptx

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1、 疑问疑问5132辐射机理及度量辐射机理及度量传感器类型及测量原理传感器类型及测量原理ZD照度传感器使用照度传感器使用 传感器发展趋势传感器发展趋势4第1页/共38页光照对农业生物的影响主要表现在光强、光质、以及光照时主要表现在光强、光质、以及光照时间间 光强的作用光强的作用：生长发育、形态建构作用。典型例子植物黄化现象。光质的作用光质的作用：红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育有影响。紫外光过强有致死作用，波长360nm即开始有杀菌作用。200-300nm的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各种物体边面的微生物，这对于抑制自然界的传

2、染病病原体是极为重要的。光周期光周期第2页/共38页31、辐射机理及度量一、光辐射（电磁辐射）1、太阳辐射能：太阳时刻不断地向周围空间放射出巨大的能量即太阳辐射能。2、电磁波 3、电磁辐射：电磁波能量传递 4、电磁波谱1010-8-81010-6-61 11010-4-410102 210104 41010-2-210106 6电磁波谱电磁波谱波长波长波长波长(m mm)m)X X射线射线射线射线紫外线紫外线紫外线紫外线红外线红外线红外线红外线可见光可见光可见光可见光太阳辐射太阳辐射太阳辐射太阳辐射 常温辐射常温辐射常温辐射常温辐射热射线热射线热射线热射线无线电波无线电波无线电波无线电波g g

3、 g g 射线射线射线射线可见光：可见光：0.380.76m太阳辐射：太阳辐射：0.23m（占太阳（占太阳辐射能总量辐射能总量99%）常温物体的辐射：常温物体的辐射：3100m热射线：热射线：0.1100m第3页/共38页4波长（波长（波长（波长（nmnm）0 05005001500150010001000200020003000300025002500250025002000200015001500100010005005000 0辐射能（辐射能（辐射能（辐射能（W/mW/m2.2.m m m mmm）太阳辐射光谱太阳辐射光谱地面地面地面地面大气层外缘大气层外缘大气层外缘大气层外缘6000K

4、6000K黑体辐射黑体辐射黑体辐射黑体辐射可见光可见光可见光可见光红外线红外线红外线红外线紫外线紫外线紫外线紫外线38038076076048.3%48.3%8.7%8.7%43.0%43.0%第4页/共38页二、农业中常用光照术语辐射量光合作用有效辐射光度量第5页/共38页1、辐射量及其单位辐射能量(Qe)包括紫外辐射、可见光辐射和红外辐射的全部辐射能量。单位J。辐射通量(e)单位时间到达或通过某一面积的辐射能量。单位为W。辐射强度(Ie)点辐射源在单位时间内在单位立体角内所发出辐射通量，单位为W/sr辐射照度辐照度（Ee），单位面积上所接受的辐射通量。单位：W/m2。光谱辐照度辐射亮度(L

5、e)单位面积的源辐射（散射）面发射（散射）的辐射强度。单位为W/(m2sr)第6页/共38页基本辐射度量的名称、符号和定义方程名称名称符号符号单位单位符号符号辐射能辐射能Q Qe e焦耳焦耳J J辐射通量，辐射通量，辐射功率辐射功率e e瓦特瓦特WW辐射强度辐射强度e e瓦特球面度瓦特球面度WsrWsr-1-1辐射亮度辐射亮度e e瓦特球面度平方米瓦特球面度平方米WmWm-2-2 sr sr-1-1辐射出射度辐射出射度e e瓦特平方米瓦特平方米WmWm-2-2辐射照度辐射照度e e瓦特平方米瓦特平方米WmWm-2-2第7页/共38页2、光合有效辐射（PAR）及其单位量子流密度：单位时间到达或通

6、过单位面积的摩尔量子流密度。单位：1mol/s*m2=1E/s*m2。应用波长范围:400-700nm。第8页/共38页3、光度量及其单位光度量和辐射度量的定义及其方程是一一对应的，都是波长的函数，一般加下标v和 e来区分 如e，e，Ie，Me，Ee等 v，v，Iv，Lv,Mv，Ev等所不同的只是光度量只适用于可见光区段（0.40 0.78m），而光辐射度量在整个电磁波谱范围内都有意义。第9页/共38页3、光度量及其单位发光强度发光强度 单位单位CandelaCandela，记作，记作cdcd光通量 光源单位时间内所辐射的光能，单位是流明光源单位时间内所辐射的光能，单位是流明（lmlm），），

7、1lm1lm是光强度为是光强度为1cd1cd的均匀点光源在的均匀点光源在1sr1sr内发出的光通量。内发出的光通量。（光）照度（光）照度照度只能在可见光区域。指物体被照亮的程度，单位垂直面积所接受的光通指物体被照亮的程度，单位垂直面积所接受的光通量来表示，单位为勒克斯量来表示，单位为勒克斯(Lux,lx)(Lux,lx)。1 1 勒克斯等于勒克斯等于 1 1 lmlm的光通量均匀分布于的光通量均匀分布于 1m1m2 2 面积上的光照度。面积上的光照度。第10页/共38页常用光度学量的名称、符号与单位名称名称符号符号单位单位符号符号光量光量Q Qv v流明秒流明秒lmlms s光通量光通量 v

8、v流明流明lmlm发光强度发光强度v v坎德拉坎德拉cdcd光亮度光亮度v v坎每平方米坎每平方米 cdcdmm-2-2光出射度光出射度v v流每平方米流每平方米lmlmmm-2-2光照度（光强度）光照度（光强度）v v勒克司勒克司LxLx第11页/共38页3、三度量间互算 根据以上三种计量单位中，辐照度、照度、量子流密度与光谱能量分布密切相关，它们之间并无固定关系。三者只有在确定的光谱能量分布条件下（光谱分布已知，且限于可见光谱区400-700nm）才有确定关系。第12页/共38页A 光量子转换为辐射度单位将量子传感器的输出单位由mol/sm2（400700nm）转换成辐射度单位W/m2的过

9、程非常复杂。对于不同光源转换系数不同必须知道辐射源的光谱分布曲线1w/m24.6 mol/sm213第13页/共38页辐射度是W在400700nm波段的积分值给定波长处每秒发射的光子数因此400700nm波段范围内每秒发射的光子数为（4-1）（4-2）（4-3）第14页/共38页这个积分可由量子传感器测量，如果R是以mol/sm21 mol/sm26.0221017光子（sm2）为单位的量子传感器的读数，则有由式 与式 可得15（4-4）（4-1）（4-4）（4-5）第15页/共38页因为W 同时在分子分母中，可以用标准曲线N代替式中：为所取区间长度；为各区间中点处的波长；Ni为位于区间中点波

10、长的标准辐射输出。16（4-6）第16页/共38页最后得：式中R的单位为mol/sm2（4-7）第17页/共38页根据方程（4-7）分成如下步骤计算：1）将400700nm波段分成i个长度都为的区间；2）算出区间中点处的波长i；3）测算出每个区间中点处波长的标准辐射Ni；4）；5）求Ni6）求 ；7）利用方程（4-7）求得WT第18页/共38页B 光子单位转换为光学度单位将光子单位mol/(sm2)（400-700nm）转换成光学度Ws的单位lx（400-700nm）的转换过程除以下各步外与上相同。1000lx19.5 mol/(sm2)1）用方程Wx=683 代入方程（4-1），是CIE曲线

11、的发光系数，在550nm处y=1，是光谱照度（W/（m2nm）。第19页/共38页2）用=683*6.022*1017（Rhc）代入方程（4-5）。3）用=683*6.022*1017（Rhc）代入方程（4-6）。4）用=8.17*104（R）代入方程（4-7）5）首先用求各区间中点处的 乘以对应区间中点处的 ,再求和得 后代入步骤4）20第20页/共38页2、传感器及其测量原理辐射传感器及测量原理量子流密度传感器及测量原理照度传感器及测量原理第21页/共38页一、辐射度的测量仪器1、直接测量太阳辐射的仪器 太阳辐射一方面是形成一定的气候生态环境的重要因素，另一方面与植物的生活有多方面的直接关

12、系。这就需要专门的仪器测量太阳辐射。第22页/共38页2、分光辐射测量的仪器LI-1800便携式分光辐射度仪能够迅速地，方便地获得辐射光谱的分光数据。光谱数据是LI-1800关于辐射最基本的测量。LI-1800的输出图像其他分光辐射计第23页/共38页3、辐射传感器工作原理 热电效应原理：感应元件采用绕线电镀式热电堆，其表面涂有高吸收率、高发射率的黑色涂层，其涂层可保证仪表的方位响应和余弦响应的偏差很小。热接点在感应面上，而冷结点则位于机体内，冷热接点产生温差电势。然后换算成辐射通量密度。第24页/共38页二、量子流密度的测量仪器LI-191SA线性光量子传感器和LI-190SA光量子传感器：

13、LI-191SALI-191SA线性光量子传感器主要应用在空间线性光量子传感器主要应用在空间不一致的环境中（如植物的树冠内部）测量不一致的环境中（如植物的树冠内部）测量光合有效辐射（光合有效辐射（PARPAR）。）。1.1.感应波长为感应波长为400400700nm700nm 2.2.测量结果是测量结果是1 1米空间内的米空间内的光合有效辐射光合有效辐射光合有效辐射光合有效辐射的的平均值平均值LI-190SALI-190SA光量子传感器主要测量空光量子传感器主要测量空气中、植物生长箱和温室中的光合气中、植物生长箱和温室中的光合作用作用量子通量密度量子通量密度量子通量密度量子通量密度。第25页/

14、共38页三、照度传感器及测量原理传感器类型光通量传感器光强度传感器光照度传感器主要仪器有1、自动量程照度计2、轻巧型照度计 测量光照强度3、弱光照度计 4、照度记录仪等 流明第26页/共38页照度传感器结构及测量原理 选用专业光接选器件，对于可见光频段光谱吸收后转换成电信号根据电信号的大小对应光照度的强弱。内装有滤光片，使可见光以外的光谱不能到达光接收器，内部放大电路有可调放大器，用于调制光谱接收范围，从而可实现不同光强度的测量。整个探测器所接受的光通量除以探测器的面积，即为所测的光照度 E=/A 照度计由带滤光器的光电探测器及电子放大器和读数系统组成第27页/共38页3、ZD照度传感器及其使

15、用照度传感器及其使用第28页/共38页一、一、ZD ZD 系列照度变送器系列照度变送器产品简介：ZD型照度变送器采用对弱光也有较高灵敏度的硅蓝光伏探测器作为传感器，具有测量范围宽，线性度好，使用方便，便于安装，传输距离远等特点，特别适用温室。特点：采用光敏探测器，将光照强度转换为电流信号，再经过运算放大器转换为电压信号输出；当光照强度超过测量范围时，报警指示灯点亮。第29页/共38页二、主要技术指标二、主要技术指标供电电压：12VDC 24VDC 9VDC准 确 度：7%；重复测试：5%；温度特性：0.5%/；感 光 体：带滤光片的硅蓝光伏探测器；波长测量范围：380nm730nm；测量范围：

16、0.01Lux200000Lux 0.01Lux20000Lux输出范围：4mA20mA、05V；操作环境温湿度：040、070%RH；储存环境温湿度：-1050、080%RH。第30页/共38页三、工作原理三、工作原理 由于光电二极管光电二极管的输出与照度（光流量/感光面积）成比例，因此可以构成照度计（其它光度值测量都可以采取相应办法将其变换为感光面的照度进行测量）；再将光电流通过通用运放进行电流电压转换。第31页/共38页四、外观简介四、外观简介第32页/共38页五、接线方法五、接线方法电流输出（电流输出（ZD*AT*ZD*AT*）供电供电+：红线红线供电供电-和电流输出：和电流输出：黑线

17、黑线电压输出电压输出+：绿线绿线电压输出（电压输出（ZD*VB*ZD*VB*）第33页/共38页注意事项：注意事项：在安装和使用本产品前，应做到：在安装和使用本产品前，应做到：仔细阅读产品使用说明书，仔细阅读产品使用说明书，供电电源电压不得供电电源电压不得超出产品的供电电压，超出产品的供电电压，并注意电源极性；并注意电源极性；勿在高温、高湿度场所下测量；勿在高温、高湿度场所下测量；使用时，光检测器应保持干净。使用时，光检测器应保持干净。第34页/共38页4、传感器在农业工程的应用前景传感器在农业工程的应用前景l世界传感器市场正在以持续稳定的增长之势向前世界传感器市场正在以持续稳定的增长之势向前

18、发展，未来的发展趋势是向着发展，未来的发展趋势是向着微型化、智能化、多微型化、智能化、多功能化、无线网络化。功能化、无线网络化。l在当今倡导工程技术创新的条件下，在当今倡导工程技术创新的条件下，多传感器多传感器信息融合技术信息融合技术在农业中将有广阔的应用前景。在农业中将有广阔的应用前景。l在工厂化农业生产中，自动化是解决工厂化水平的在工厂化农业生产中，自动化是解决工厂化水平的决定因子。传感器是自动化系统功能实现的基本元决定因子。传感器是自动化系统功能实现的基本元器件，它们的器件，它们的性能、质量、价格性能、质量、价格决定了自动化系统决定了自动化系统在农业生产领域应用的可能性和大面积应用推广的在农业生产领域应用的可能性和大面积应用推广的发展前景。发展前景。第35页/共38页5、问题LI-1800 测出的值为什么有负值？第36页/共38页第37页/共38页感谢您的观看！第38页/共38页