عمودی کاشتکاری کے ل high اعلی - کارکردگی اور اعلی - یکسانیت ایل ای ڈی پلانٹ لیمپ کا ڈیزائن
خلاصہ
عالمی آبادی میں تیزی سے نمو اور بڑھتی ہوئی شہریت کے ساتھ ، خوراک کی حفاظت دنیا بھر میں ایک چیلنج بن گئی ہے۔ محدود جگہ اور وسائل کے اندر فصل کی پیداوار اور غذائیت کے معیار کو بڑھانے کے لئے جدید زرعی طریقوں کی فوری ضرورت ہوتی ہے۔ ان میں سے ، کنٹرول شدہ ماحولیاتی زراعت (سی ای اے) ، خاص طور پر عمودی کاشتکاری ، ایک امید افزا حل کے طور پر ابھری ہے۔ عمودی کاشتکاری کے نظام کا ایک اہم جزو مصنوعی لائٹنگ ہے ، جو فوٹو سنتھیس کو چلانے کے ل natural قدرتی سورج کی روشنی کو متبادل یا سپلائی کرتا ہے۔ روشنی - خارج ہونے والے ڈایڈس (ایل ای ڈی) ان کی توانائی کی بچت ، لمبی عمر ، ورنکرم ٹنیبلٹی ، اور کم تھرمل تابکاری کی وجہ سے روشنی کا ترجیحی ذریعہ بن چکے ہیں۔ تاہم ، ملٹی - پرتوں والے عمودی فارموں میں ایل ای ڈی لائٹنگ کی موثر تعیناتی نہ صرف اعلی فوٹوسنتھیٹک فوٹوون افادیت کا مطالبہ کرتی ہے بلکہ پودوں کی چھتری میں روشنی کی تقسیم کی غیر معمولی مقامی یکسانیت کا بھی مطالبہ کرتی ہے۔ غیر - یکساں روشنی پودوں کی ناہموار نشوونما کا باعث بن سکتی ہے ، مجموعی طور پر پیداوار میں کمی اور توانائی ضائع ہوسکتی ہے۔ اس مضمون کے لئے ناول آپٹیکل ڈیزائن میں شامل ہےایل ای ڈی پلانٹ کی نموڈیجیٹل لائٹ فیلڈ تھیوری پر مبنی لیمپ ، جو ایک واحد ، مرکزی طور پر سوار لیمپ ٹیوب کا استعمال کرتے ہوئے کاشتکاری طیارے میں انتہائی یکساں فوٹوسنتھیٹک فوٹون فلوکس کثافت (پی پی ایف ڈی) کی تقسیم کو حاصل کرنے کے لئے کسٹم فری - فارم کی سطح کا استعمال کرتے ہیں ، اس طرح عمودی کاشتکاری میں کلیدی معاشی اور آپریشنل چیلنجوں کا ازالہ کرتے ہیں۔
1. تعارف
عمودی کاشتکاری زرعی پیداوار میں ایک نمونہ شفٹ کی نمائندگی کرتی ہے ، جس میں عمودی طور پر سجا دیئے ہوئے تہوں میں فصلوں کی کاشت شامل ہوتی ہے ، اکثر عمارتوں یا کنٹرول ماحول میں۔ یہ طریقہ زمین کے استعمال کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ کرتا ہے ، پانی کی کھپت کو کم کرتا ہے ، کیٹناشک کے استعمال کو کم سے کم کرتا ہے ، اور شہری علاقوں میں مقامی کھانے کی پیداوار کو قابل بناتا ہے۔ اس ٹکنالوجی کا ایک سنگ بنیاد ترقی کے ماحول کا عین مطابق کنٹرول ہے ، جس میں لائٹنگ ایک انتہائی اہم اور توانائی - انتہائی عوامل میں سے ایک ہے۔
ایل ای ڈی - پر مبنی پلانٹ کی نمولیمپ روایتی لائٹنگ کے مقابلے میں اہم فوائد پیش کرتے ہیں ، جیسے اعلی - پریشر سوڈیم (HPS) لیمپ ، بشمول ورنکرم کی خصوصیت ، مدھمیت ، اور دشاتمک روشنی کی پیداوار۔ عمودی فارموں میں اس طرح کے لیمپ کے لئے بنیادی آپٹیکل مقصد ایک یکساں پی پی ایف ڈی کی فراہمی ہے - پوری کاشت کی ٹرے میں فی یونٹ رقبے پر فی یونٹ رقبے پر فوٹوسنیٹک طور پر فعال فوٹونز کی تعداد۔ اعلی یکسانیت کا حصول تمام پودوں کے لئے مستقل نمو کی شرح اور معیار کو یقینی بناتا ہے ، چھانٹنے اور درجہ بندی کی ضرورت کو کم سے کم کرتا ہے۔
روایتی طور پر ، ایک ہی کاشت طیارے کے اوپر ایک سے زیادہ لیمپ ٹیوبوں کی طرف - کی طرف سے {{1} side کی طرف سے اعلی یکسانیت کا تعاقب کیا جاتا ہے۔ اگرچہ مؤثر ، اس ملٹی - لیمپ نقطہ نظر میں کئی خرابیاں ہیں: فکسچر کی بڑی تعداد کی وجہ سے اعلی ابتدائی سرمائے کی لاگت ، ہدف کے علاقے (خاص طور پر کناروں پر) سے باہر روشنی کے اسپلج سے اہم توانائی کا فضلہ ، اور بحالی کی پیچیدگی اور لاگت میں اضافہ۔ لہذا ، ایک مجبور متبادل آپٹیکل سسٹم کو ڈیزائن کرنا ہے جو ایک کی اجازت دیتا ہےسنگلمعیاری کاشت کی چوڑائی (مثال کے طور پر ، 60 سینٹی میٹر) پر یکساں پی پی ایف ڈی تقسیم پیدا کرنے کے لئے لیمپ ٹیوب۔ یہ نقطہ نظر کے تمام فوائد کو برقرار رکھنے کا وعدہ کرتا ہےایل ای ڈی لائٹنگلاگت ، توانائی کے فضلہ اور بحالی کے مسائل کو کم کرتے ہوئے۔ یہ مقالہ اس طرح کے نظام کے ڈیزائن ، نقلی اور تجرباتی توثیق پیش کرتا ہے ، جس میں ڈیجیٹل لائٹ فیلڈ کے طریقہ کار کے ذریعہ ڈیزائن کردہ مفت - فارم لینس کو ملازمت دی جاتی ہے۔
2. طریقہ کار: ڈیجیٹل لائٹ فیلڈ اور آپٹیکل ڈیزائن
2.1 ڈیجیٹل لائٹ فیلڈ کا تصور
روایتی فوٹوومیٹرک مقدار جیسے الیومینینس اور برائٹ شدت کسی سطح پر یا ٹھوس زاویہ کے اندر چمکدار بہاؤ کی کثافت کی وضاحت کرتی ہے۔ اگرچہ تشخیص کے لئے ضروری ہے ، وہ آپٹیکل سطحوں کے الٹا ڈیزائن کے عمل کے لئے براہ راست سازگار نہیں ہیں۔ ڈیجیٹل لائٹ فیلڈ تھیوری ایک زیادہ بنیادی فریم ورک فراہم کرتا ہے۔ اس میں آپٹیکل فیلڈ اسپیس کو مائکرویلیمنٹس میں سمجھنا شامل ہے۔ ہر عنصر کی خصوصیات ہلکی شنک کی طرف سے ہوتی ہے جو اس سے گزرتی ہے اور اس کی سطح کو عام ویکٹر سے گزرتا ہے۔ مجموعی طور پر لائٹ فیلڈ کو غیر - امیجنگ ڈیجیٹل لائٹ فیلڈ فنکشن (NDLFF) کے ذریعہ بیان کیا گیا ہے۔ یہ ڈیجیٹلائزیشن آپٹیکل ڈیزائن کے مسئلے کو ایک یا زیادہ آپٹیکل سطحوں کے استعمال کے ذریعے ہدف کی سطح پر NDLFF کو جوڑنے میں سے ایک میں تبدیل کرتا ہے ، جیسے مفت - فارم لینس۔ یہ طریقہ ، جو زنگئے آپٹیکل ٹکنالوجی کے ذریعہ تیار کیا گیا ہے ، شعاع ریزی اور شدت کی تقسیم پر عین مطابق کنٹرول کو قابل بناتا ہے ، جس سے یہ خاص طور پر لائٹنگ ڈیزائن کے پیچیدہ کاموں کے ل suitable موزوں ہے۔
2.2 ماخذ ، ترتیب ، اور ہدف تقسیم کی اصلاح
ڈیزائن کا عمل روشنی کے منبع اور ہدف کی وضاحت کرکے شروع ہوتا ہے۔ منتخب کردہ ذریعہ ایک اعلی - پاور 3535 پیکیجڈ ہےایل ای ڈیگنبد لینس کے ساتھ۔ عام کاشت کرنے کے شیلف کے لئے ، ہدف ایک طیارہ ہے جو چراغ کے نیچے 30 سینٹی میٹر نیچے واقع ہے ، جس کی چوڑائی 60 سینٹی میٹر سے تھوڑا سا زیادہ ہے۔ چراغ ٹیوب میں ایک ہی صف میں 48 ملی میٹر کے فاصلے پر 25 اس طرح کے ایل ای ڈی شامل ہیں ، جس کے نتیجے میں کل لمبائی 1.2 میٹر ہے۔
ایک اہم اقدام پی پی ایف ڈی کی زیادہ سے زیادہ تقسیم کا تعین کرنا ہےسنگلایل ای ڈی - لینس کا مجموعہ ہدف ہوائی جہاز پر تیار ہونا چاہئے۔ اگر ہر ایل ای ڈی ایک سادہ ، گردش کے لحاظ سے توازن کی یکساں جگہ بناتا ہے تو ، لکیری صف سے اس طرح کے 25 مقامات کی سپر پوزیشن کے نتیجے میں اوور لیپنگ کی وجہ سے "روشن مرکز ، تاریک کناروں" کی تقسیم ہوگی۔ لہذا ، مثالی سنگل - ایل ای ڈی کی تقسیم کو اس کی تلافی کرنی ہوگی۔ پیچیدہ تجزیاتی حل کے بجائے ، متلب کا استعمال کرتے ہوئے ایک عددی اصلاح کے نقطہ نظر کو استعمال کیا گیا تھا۔
سنگل - ایل ای ڈی پی پی ایف ڈی کی تقسیم کو معمول کے مطابق گردش کے ساتھ ہم آہنگی کے ساتھ نمونہ کیا گیا تھا ، جہاں آر اسپاٹ سینٹر سے شعاعی فاصلہ ہے۔ ہدف کے علاقے کو تقویت ملی تھی ، اور پی (ر) کو اصلاح کے متغیر کے طور پر سمجھا جاتا تھا۔ اصلاح کا مقصد یہ تھا کہ ان کی مقررہ پوزیشنوں پر 25 ایل ای ڈی کی سپر پوزیشن کے نتیجے میں پی پی ایف ڈی کی کل تقسیم کے فرق کو کم کیا جائے۔ اصل مقالے کے شکل 3 میں دکھائے جانے والے مطلوبہ نتیجہ میں ، ایک ایل ای ڈی کے لئے ایک کاؤنٹر - بدیہی "ڈارک سینٹر ، روشن دائرہ" کی تقسیم کا پتہ چلتا ہے۔ یہ انوکھی تقسیم اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ جب متعدد ایل ای ڈی اسپاٹ اوورلیپ ہوجاتے ہیں تو ، وہ ایک دوسرے کے مدھم خطوں کو بھرتے ہیں ، جس کا نتیجہ کاشت طیارے میں انتہائی یکساں مجموعی تقسیم پر ہوتا ہے۔
2.3 مفت - "ثانوی ماخذ سطح کے طریقہ کار" کے ذریعہ لینس ڈیزائن فارم بنائیں
اوپر بیان کردہ بہتر پی پی ایف ڈی تقسیم کو حاصل کرنے کے لئے ، ایک مفت - فارم لینس ڈیزائن کیا گیا تھا۔ روایتی کروی لینسوں میں اس طرح کے عین مطابق کنٹرول کے لئے آزادی کی ڈگریوں کا فقدان ہے۔ ڈیزائن میں زنگئے آپٹکس کا "ثانوی ماخذ سطح کا طریقہ" استعمال کیا گیا ، ایک ایسی تکنیک جو ڈیجیٹل لائٹ فیلڈ تھیوری میں مبنی ہے جو براہ راست توسیع شدہ ذرائع کے ساتھ کام کرتی ہے (بجائے اس کے کہ ان کو پوائنٹس کے ذریعہ آسان بنانے کے بجائے) ، کمپیکٹ آپٹیکل سسٹم کے لئے بھی اعلی درستگی کو یقینی بنائے۔
ڈیزائن کردہ لینس میں ایک ہموار ، غیر - گردش کے لحاظ سے توازن مفت - فارم کی سطح شامل ہے جو روشنی کی کرنوں کو احتیاط سے ری ڈائریکٹ کرتی ہے۔ جیسا کہ شکل 4/5 میں بیان کیا گیا ہے ، ایل ای ڈی کی چیف کرنوں کو مختلف زاویوں پر پھٹا دیا جاتا ہے ، جس میں بڑی زاویوں کی طرف زیادہ کثافت ہوتی ہے جس میں بڑے زاویوں کی طرف ہدایت کی جاتی ہے تاکہ سنگل {- ایل ای ڈی اسپاٹ میں مطلوبہ روشن بیرونی رنگ پیدا کیا جاسکے۔ اس کے بعد لینس ماڈل کو سخت تجزیہ کے لئے آپٹیکل سمولیشن سافٹ ویئر (جیسے ، لائٹ ٹولز) میں درآمد کیا گیا تھا۔
3. نتائج اور تجزیہ
3.1 سنگل ایل ای ڈی - لینس تخروپن
مونٹی کارلو کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے رے - ٹریسنگ تخروپن ایل ای ڈی ماڈل کے ساتھ جوڑ بنانے والے ڈیزائن کردہ لینس پر انجام دیا گیا تھا۔ ٹارگٹ ہوائی جہاز میں نتیجے میں پی پی ایف ڈی کی تقسیم (شکل 5) نے سیکشن 2.2 سے نظریاتی طور پر بہتر ہدف تقسیم کے ساتھ عمدہ معاہدہ ظاہر کیا ، جس سے ڈیزائن کی صداقت کی تصدیق ہوگئی۔
3.2 مکمل لیمپ ٹیوب کی کارکردگی
25 ایل ای ڈی - لینس یونٹوں کی ایک صف 48 ملی میٹر کے فاصلے پر ہے۔ نیچے کاشتکاری ہوائی جہاز پر 30 سینٹی میٹر پر مصنوعی پی پی ایف ڈی کی تقسیم کو شکل 6 میں دکھایا گیا ہے۔ نتائج کناروں پر تیز کٹ آف کے ساتھ ایک وسیع ، انتہائی یکساں لائٹ فیلڈ کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ چوڑائی آرام سے 60 سینٹی میٹر کے ہدف شیلف کا احاطہ کرتی ہے۔ اہم طور پر ، حساب کتابی نظریاتی توانائی کے استعمال کا تناسب - ایل ای ڈی کے ذریعہ خارج ہونے والے کل پی پی ایف کے ذریعہ تقسیم کردہ شیلف پر پی پی ایف کے طور پر بیان کیا گیا ہے - یہ 92 ٪ سے زیادہ ہے۔ اس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ ایل ای ڈی کے ذریعہ تیار کردہ 92 فیصد سے زیادہ فوٹوسنیٹک طور پر فعال فوٹون براہ راست پودوں کی چھتری کو پہنچائے جاتے ہیں ، روایتی ڈیزائنوں کے مقابلے میں اسپلج اور توانائی کے فضلے میں تیزی سے کمی واقع ہوتی ہے۔
3.3 توسیعی سیٹ اپ کے لئے اسکیل ایبلٹی
عملی عمودی کھیتوں میں ، کاشت کرنے کی شیلف اکثر - سے - لمبی قطار میں اختتام کا بندوبست کیا جاتا ہے۔ ایک ہی چراغ سے مصنوعی پی پی ایف ڈی کی تقسیم قدرے ٹائپرڈ سروں کو ظاہر کرتی ہے۔ جب دو یا زیادہ لیمپ کو - سے - اختتام پر رکھا جاتا ہے تو ، ان کی پی پی ایف ڈی تقسیم ان عبوری علاقوں میں ایک دوسرے کو اوورلیپ اور تکمیل کرتی ہے۔ دو منسلک لیمپ (اعداد و شمار 7) کی نقالی اس بات کی تصدیق کرتی ہے کہ اوور لیپنگ والے علاقوں میں یکسانیت میں اضافہ ہوتا ہے ، جس کے نتیجے میں توسیع شدہ طولانی علاقے میں بغیر کسی رکاوٹ کے یکساں روشنی کا میدان ہوتا ہے۔
3.4 تجرباتی پروٹو ٹائپ اور توثیق
ایک پروٹو ٹائپ لیمپ ڈیزائن کی بنیاد پر گھڑا ہوا تھا ، جس میں مولڈ فری - فارم لینس ، ایک ایلومینیم ایکسٹروژن ہیٹ سنک ، اور اختتامی ٹوپیاں شامل ہیں۔ پروٹو ٹائپ کی تصاویر اور اس کے روشن مقام (شکل 8) مصنوعی وسیع اور یکساں روشنی کے نمونے کو ضعف سے تقویت بخشتے ہیں۔
تجرباتی پیمائش نے کارکردگی کی مضبوط پیمائش حاصل کی:
اعلی کارکردگی:نظام کی کارکردگی 92 ٪ سے تجاوز کر گئی ، کاشتکاری طیارے میں ماخذ کے فوٹوسنتھیٹک فوٹون واقعے کے 86 سے زیادہ ہے۔
اعلی یکسانیت:ہدف طیارے میں کم سے کم اوسط پی پی ایف ڈی کا تناسب 82 فیصد سے زیادہ تھا ، جو پودوں کی مستقل نشوونما کے لئے بہترین مقامی یکسانیت کی نشاندہی کرتا ہے۔
4. بحث و مباحثہ
اس اعلی - کارکردگی کا ڈیزائن اور ان پر عمل درآمد ، اعلی - یکسانیتایل ای ڈی پلانٹ کی نموچراغ عمودی کاشتکاری میں درد کے کئی اہم نکات کا پتہ:
لاگت میں کمی:فی شیلف کے ایک ہی مرکزی لیمپ ٹیوب کے ساتھ یکساں کوریج کو چالو کرنے سے ، ڈیزائن فی کاشت کی پرت کی ضرورت والے فکسچر کی تعداد کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے ، جس سے ابتدائی سرمائے کے اخراجات (کیپیکس) اور بحالی کے جاری اخراجات کو کم کیا جاسکتا ہے۔
توانائی کی بچت: The sharply defined light field with minimal spillage, achieving >92 ٪ توانائی کا استعمال ، براہ راست بجلی کی کھپت اور آپریشنل اخراجات (او پی ای ایکس) میں ترجمہ کرتا ہے۔
فصل کا معیار بہتر:اعلی پی پی ایف ڈی یکسانیت اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ تمام پودوں کو مساوی روشنی کی سطح مل جائے ، جس سے مستقل نمو ، پختگی اور معیار کو فروغ ملے۔ اس سے پیداوار میں تغیر اور اس کے نتیجے میں مزدوری - انتہائی چھانٹنے کی ضرورت کم ہوجاتی ہے۔
آپریشنل سادگی:ایک سنگل ، مرکزی طور پر واقع لیمپ متعدد فکسچر کے مقابلے میں انسٹال کرنا ، صاف ، اور خدمت کرنا آسان ہے ، جس سے فارم مینجمنٹ کو آسان بنایا جاسکے۔
یہ کام اعلی درجے کی آپٹیکل ڈیزائن اصولوں ، خاص طور پر ڈیجیٹل لائٹ فیلڈ تھیوری اور مفت - فارم کی سطح کی تیاری کے لئے ، زرعی ٹیکوں کے چیلنجوں کی تشکیل کا مظاہرہ کرتا ہے۔ "ثانوی ماخذ کی سطح کا طریقہ" ایک کمپیکٹ ، اعلی - پرفارمنس لینس ڈیزائن کرنے میں موثر ثابت ہوا جس میں توسیع کے لئے تیار کیا گیا ہےایل ای ڈی ماخذ. اس کے نتیجے میں پودوں کی نمو لیمپ سسٹم کامیابی کے ساتھ روشنی کی پیداوار کو ایک لکیری ایل ای ڈی سرنی سے ایک وسیع ، بیٹنگ {{1} ation کی طرح تقسیم کرتا ہے جو ایک انتہائی یکساں فیلڈ میں تقسیم کرتا ہے۔
آخر میں ، ایل ای ڈی ٹکنالوجی کے ساتھ ڈیجیٹل آپٹیکل ڈیزائن کا انضمام صحت سے متعلق زرعی روشنی کی اگلی نسل کے لئے راہ ہموار کرتا ہے۔ یہاں پیش کردہ چراغ ڈیزائن عمودی فارموں کے لئے ایک زبردست حل پیش کرتا ہے ، جس میں اعلی فوٹوون کی ترسیل کی کارکردگی ، اعلی مقامی یکسانیت اور معاشی فوائد کا امتزاج ہوتا ہے۔ مستقبل کا کام مختلف شیلف طول و عرض کے ل this اس طریقہ کار کو ڈھالنے ، مخصوص فصلوں کے لئے سپیکٹرا کو بہتر بنانا ، اور متحرک لائٹنگ ترکیبوں کے لئے سمارٹ کنٹرول کو مزید مربوط کرنے ، بالآخر زیادہ پائیدار اور پیداواری شہری زراعت کے نظاموں میں معاون ثابت ہوسکتا ہے۔
حوالہ جات
[1] لیو وینکے۔پلانٹ لائٹ کوالٹی فزیولوجی اور پودوں کی فیکٹریوں میں اس کا ضابطہ[م]۔ بیجنگ: چین زرعی سائنس اور ٹکنالوجی پریس ، 2019۔
[2] چینگ ینگ۔ڈیزائن کے طریقہ کار اور آپٹیکل فریفارم سطح کے اطلاق پر تحقیق[d]. تیانجن: تیآنجن یونیورسٹی ، 2013۔
[3] یانگ ٹونگ ، ڈوان کیزے ، چیانگ ڈیوین ، وغیرہ۔ فریفارم سطح امیجنگ آپٹیکل سسٹم کا ڈیزائن: نظریہ ، ترقی ، اور اطلاق [J]۔ایکٹا آپٹیکا سنیکا, 2021, 41(1): 115-143.
[4] ین زیا۔ایل ای ڈی ذرائع کے لئے تین - جہتی غیر - امیجنگ آپٹیکل ڈیزائن کے طریقہ کار پر تحقیق کریں[d]. ہانگجو: چائنا جلینگ یونیورسٹی ، 2015۔
[5] ژاؤ لیانگ ، سین سونگیان۔ ایک توانائی - دیوار کی بچت - ماونٹڈ پلانٹ نمو لیمپ غیر - امیجنگ ڈیجیٹل لائٹ فیلڈ تھیوری [J] پر مبنی ہے۔زہومنگ گونگچینگ Xuebao, 2021, 32(2): 14-18.
[6] جیانگ یفن ، چن زیمین۔ ترقی کا تجربہ اور غیر ملکی عمودی زراعت کی روشن خیالی [J]۔دیہی معیشت اور سائنس - ٹکنالوجی, 2021, 32(13): 208-210.
https://www.benweilight.com/lighting کے- tubeeapleb/growaplab/growlb/growlb/growlblyllsplans.html
