本發(fā)明屬于空間裝備，具體涉及一種空間水生密閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)光照控制裝置及方法。
背景技術(shù)：
1、空間水生密閉實(shí)驗(yàn)組件裝載水生動(dòng)物斑馬魚(yú)和水生植物金魚(yú)藻，通過(guò)構(gòu)建以藻-魚(yú)-微生物為基本單元的多元受控水生生態(tài)系統(tǒng)，以藻為初級(jí)生產(chǎn)者提供給魚(yú)生存所需的氧氣，同時(shí)吸收魚(yú)代謝產(chǎn)生的二氧化碳，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)氣體的平衡。這是國(guó)內(nèi)首次在軌水生生態(tài)研究項(xiàng)目，成功掌握系統(tǒng)內(nèi)氣體平衡及長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的控制技術(shù)，將為大型生保系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2、本發(fā)明中，空間水生密閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的光照控制系統(tǒng)，核心設(shè)計(jì)涵蓋魚(yú)室與藻室通過(guò)錯(cuò)位隔板實(shí)現(xiàn)遮光隔離、魚(yú)室采用固定光照周期調(diào)控、藻室光照依據(jù)魚(yú)室溶氧值聯(lián)動(dòng)啟停，三者協(xié)同保障系統(tǒng)內(nèi)光照環(huán)境的獨(dú)立性與生態(tài)適配性；同時(shí)整合相機(jī)、溶氧傳感器、照度傳感器構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與閉環(huán)控制機(jī)制，精準(zhǔn)把控密閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的光照狀態(tài)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種空間水生密閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)光照控制裝置及方法，核心解決現(xiàn)有系統(tǒng)中光照串?dāng)_、光照參數(shù)與生物需求不匹配、生態(tài)協(xié)同調(diào)控不足及監(jiān)測(cè)缺位等問(wèn)題，具體包括：
2、1、通過(guò)遮光結(jié)構(gòu)與隔板設(shè)計(jì)，徹底杜絕魚(yú)室與藻室間的光照串?dāng)_，同時(shí)阻斷外部自然光干擾，保障兩室光照環(huán)境的獨(dú)立性與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
3、2、針對(duì)魚(yú)、藻的生理特性與共生需求，分別實(shí)現(xiàn)魚(yú)室固定節(jié)律光照調(diào)控與藻室基于溶氧信號(hào)的動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)控光，提升光照參數(shù)與生物生長(zhǎng)、生態(tài)循環(huán)的適配性，維持系統(tǒng)內(nèi)水體微生態(tài)平衡。
4、3、整合多維度監(jiān)測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)光照狀態(tài)、生物活性的實(shí)時(shí)可視化與數(shù)據(jù)化監(jiān)測(cè)，增強(qiáng)光照控制的精準(zhǔn)性、穩(wěn)定性與可追溯性。
5、本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述：
6、一種空間水生密閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)光照控制裝置，包括：
7、魚(yú)室和藻室，二者通過(guò)雙層錯(cuò)位隔板隔離；
8、所述雙層錯(cuò)位隔板包括魚(yú)室隔板和藻室隔板，兩隔板間距10mm，魚(yú)室隔板開(kāi)設(shè)直徑≤3mm的圓形通孔，藻室隔板開(kāi)設(shè)方形孔，孔位相互錯(cuò)開(kāi)以阻斷光線穿透；
9、魚(yú)室外側(cè)進(jìn)光面安裝全光譜led光源；
10、藻室外側(cè)進(jìn)光面安裝全光譜led光源、照度傳感器及溶氧聯(lián)動(dòng)控制模塊；
11、魚(yú)室內(nèi)部安裝溶氧傳感器，探頭加裝防護(hù)網(wǎng)；
12、魚(yú)室和藻室觀測(cè)窗口外側(cè)安裝相機(jī)；
13、培養(yǎng)室外殼除進(jìn)光面和觀察面外覆蓋高密度遮光層，所述遮光層由不透光紙及0.1mm鋁箔層構(gòu)成。
14、在上述技術(shù)方案中，所述錯(cuò)位隔板采用鋁質(zhì)材料，通孔孔徑嚴(yán)格控制在3mm以內(nèi)。
15、在上述技術(shù)方案中，所述溶氧傳感器測(cè)量精度為±0.01mg/l，量程0-20mg/l。
16、在上述技術(shù)方案中，所述照度傳感器量程0-10000lux，精度±2%，數(shù)據(jù)通過(guò)rs485總線傳輸。
17、在上述技術(shù)方案中，所述相機(jī)分辨率為1920×1080，幀率30fps，通過(guò)lvds接口傳輸圖像。
18、一種基于上述裝置的光照控制方法，包括：
19、魚(yú)室采用固定周期光照控制：通過(guò)全光譜led光源提供0-10000lux照度，光照周期匹配魚(yú)類(lèi)晝夜節(jié)律；
20、藻室光照與魚(yú)室溶氧聯(lián)動(dòng)：當(dāng)溶氧傳感器檢測(cè)值低于5mg/l時(shí)啟動(dòng)藻室光源，高于7mg/l時(shí)關(guān)閉光源；
21、照度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光照強(qiáng)度，偏差超過(guò)±5%時(shí)觸發(fā)報(bào)警并自動(dòng)調(diào)節(jié)；
22、相機(jī)實(shí)時(shí)觀測(cè)魚(yú)、藻生物狀態(tài)，結(jié)合溶氧數(shù)據(jù)閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)。
23、在上述技術(shù)方案中，所述溶氧聯(lián)動(dòng)控制通過(guò)主控模塊實(shí)現(xiàn)，溶氧數(shù)據(jù)經(jīng)rs485總線實(shí)時(shí)傳輸。
24、在上述技術(shù)方案中，魚(yú)室光照參數(shù)通過(guò)rs485總線遠(yuǎn)程在軌調(diào)節(jié)。
25、在上述技術(shù)方案中，系統(tǒng)配置微型循環(huán)泵，進(jìn)水口位于藻室底部，出水口位于魚(yú)室底部，驅(qū)動(dòng)水體經(jīng)隔板通孔循環(huán)。
26、在上述技術(shù)方案中，藻室光源啟停控制與溶氧值形成閉環(huán)反饋，維持溶氧水平在5-7mg/l區(qū)間。
27、有益效果：
28、本發(fā)明通過(guò)整體遮光強(qiáng)化與錯(cuò)位隔板的復(fù)合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)魚(yú)室與藻室光照環(huán)境獨(dú)立可控，避免光照混雜干擾生物生長(zhǎng)，確保實(shí)驗(yàn)變量單一，提升數(shù)據(jù)可靠性與重復(fù)性；同時(shí)針對(duì)魚(yú)、藻生理特性精準(zhǔn)適配光照參數(shù)，魚(yú)室固定節(jié)律光照契合魚(yú)類(lèi)晝夜節(jié)律，藻室動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)控光實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)氧-耗氧”生態(tài)協(xié)同，維持水體微生態(tài)穩(wěn)定與系統(tǒng)長(zhǎng)期自持運(yùn)行；并整合光照傳感器、溶氧傳感器與相機(jī)構(gòu)建多維度智能監(jiān)測(cè)體系，實(shí)時(shí)反饋光照狀態(tài)、溶氧水平與生物活性，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性；且整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、運(yùn)行可靠，能為空間水生生物實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)定可控的光照環(huán)境，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供有力技術(shù)支撐。
1.一種空間水生密閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)光照控制裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述錯(cuò)位隔板采用鋁質(zhì)材料，通孔孔徑嚴(yán)格控制在3mm以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述溶氧傳感器（6）測(cè)量精度為±0.01mg/l，量程0-20mg/l。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述照度傳感器（3）量程0-10000lux，精度±2%，數(shù)據(jù)通過(guò)rs485總線傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述相機(jī)（9）分辨率為1920×1080，幀率30fps，通過(guò)lvds接口傳輸圖像。
6.一種基于權(quán)利要求1-5任一裝置的光照控制方法，其特征在于，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述溶氧聯(lián)動(dòng)控制通過(guò)主控模塊實(shí)現(xiàn)，溶氧數(shù)據(jù)經(jīng)rs485總線實(shí)時(shí)傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，魚(yú)室光照參數(shù)通過(guò)rs485總線遠(yuǎn)程在軌調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，系統(tǒng)配置微型循環(huán)泵，進(jìn)水口位于藻室（4）底部，出水口位于魚(yú)室（5）底部，驅(qū)動(dòng)水體經(jīng)隔板通孔循環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，藻室光源啟停控制與溶氧值形成閉環(huán)反饋，維持溶氧水平在5-7mg/l區(qū)間。