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1、(10)申请公布号 CN 104106386 A (43)申请公布日 2014.10.22 CN 104106386 A (21)申请号 201410315450.X (22)申请日 2014.07.03 A01G 7/04(2006.01) (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市学府路 301 号 (72)发明人 吴沿友 朱剑昀 (74)专利代理机构 江苏纵联律师事务所 32253 代理人 范淦彬 (54) 发明名称 一种基于高压静电场的植物理疗装置 (57) 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。
2、、 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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识。
3、产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104106386 A CN 104106386 A 1/1 页 2 1. 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。
4、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、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。
6、) 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。 2. 一种基于高压静电场的植物理疗装置， 其特征在于 ： 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。 权 利 要 求 书 CN。
7、 104106386 A 2 1/4 页 3 一种基于高压静电场的植物理疗装置 技术领域 0001 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 0002 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。 0003 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。
8、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 0004 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。 0005 为了解决以上技术问题， 本发明采用的具体技术方案如下 ： 0006 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。
9、 (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) ； 0007 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 ； 0008 静电屏蔽罩 (5)。
10、 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) ； 0009 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 ； 0010 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) 。
11、之间装有电压表 (13) ； 0011 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 ； 0012 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 说 明 书 CN 104106386 A 3 2/4 页 4。
12、 (20) 控制电磁阀 (2) 和电磁阀 (9) 开和关 ； 0013 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。 0014 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。 0015 本发明的工作原理 0016 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、。
13、 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。 0017 本发明的工作过程为 ： 水泵(3)。
14、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。
15、进的 MichaelisMenten 方程计算植物离子吸收动力学 参数 Imax与 Km， 从而判定植物的营养吸收状况。 0018 0019 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 ； 0020 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。 0021 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。
16、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 0022 图 1 为基于高压静电技术的植物理疗装置原理图 ； 0023 图 2 为基于高压静电技术的植物理疗装置示意图 ； 0024 图 3 为屏蔽罩外 LED 光源示意图。 0025 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 说 明 书 CN。
17、 104106386 A 4 3/4 页 5 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 0026 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。 0027 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。
18、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。 0028 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。
19、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。 0029 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。
20、 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。 0030 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。 0031 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。
21、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。 0032 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。 0033 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 ： 0034 步骤一， 水泵 3 工作， 使培养槽中的营。
22、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。 0035 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 说 明 书 CN 104106386 A 5 4/4 页 6 形成所需的稳定电场。 0036 。
23、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。 0037 步骤四， 计算机控制终端 20 通过 “耗竭法” ， 利用改进的 MichaelisMenten 方程 ( 如下式所示 ) 计算植物离子吸收动力学参数 Imax与 Km， 从而判定植物的营养吸收状况。 0038 0039 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 ； 0040 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。 说 明 书 CN 104106386 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 104106386 A 7 2/2 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104106386 A 8 。