專利名稱：綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱系統(tǒng)，涉及到一種對(duì)農(nóng)作物采用無(wú)線微波加熱的功能性電子技術(shù)，具體指能防御春寒(閃凍)的綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
中國(guó)是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售及出口的大國(guó)。然而，由于全球氣候異常，近幾年來(lái)， 各省市常常發(fā)生極端冷害。特別是年初突發(fā)的低溫倒春寒，導(dǎo)致許多具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的農(nóng)作物被凍傷或凍死，造成農(nóng)作物大規(guī)模減產(chǎn)，特別是重要旅游景點(diǎn)和城市標(biāo)志性建筑周圍的綠化帶，其遭受的經(jīng)濟(jì)損失更是被成倍放大。目前農(nóng)業(yè)大部分防凍措施僅限于入冬施肥，農(nóng)園鋪草保地溫以對(duì)抗寒凍，以及災(zāi)后補(bǔ)救恢復(fù)工作。其他措施如搭建溫室大棚，或用保護(hù)膜包裹農(nóng)作物的辦法往往會(huì)成本過(guò)高，且無(wú)法防止突至的寒凍。農(nóng)民們常使用的其他防凍方法，比如將熱水噴灑到農(nóng)作物上，或者用鼓風(fēng)機(jī)將燒柴的熱氣吹向農(nóng)田以提高周圍環(huán)境溫度。這些做法有幾大問(wèn)題第一，只能針對(duì)小面積的農(nóng)田，不能覆蓋大面積寒凍。第二，效率低。能量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中大部分被無(wú)效消耗浪費(fèi)掉， 導(dǎo)致成本變高。第三，大量用水可能影響農(nóng)作物的質(zhì)量。第四，燒柴吹出的大量煙灰會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染。此外，我國(guó)還從日本引進(jìn)了一批大型的防霜風(fēng)扇用于防凍。這些風(fēng)扇價(jià)格昂貴，可控范圍小(一般只能調(diào)節(jié)廣2度)，能耗高，并且晚上使用時(shí)噪音非常大，影響周圍群眾的正常休息。美國(guó)專利4434345中也提到了利用微波來(lái)防止寒凍，但由于該專利使用的發(fā)射器功率過(guò)高，達(dá)不到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，該專利使用的可移動(dòng)式的發(fā)射裝置，要求在霜凍情況下， 農(nóng)民推著小車針對(duì)單株植物進(jìn)行加熱。首先過(guò)高的發(fā)射功率會(huì)危害推車的農(nóng)民；其次該裝置所能實(shí)施的場(chǎng)地必須適合小車在植株之間移動(dòng)；再者該裝置不能持續(xù)加熱，在低溫的環(huán)境下，小車一推開，植物的溫度很快就會(huì)降低，達(dá)不到防止凍傷的實(shí)際效果。同時(shí)該發(fā)明也提出了在每一株植物上方直接安裝發(fā)射器的方案，但是這種做法成本更高，缺少實(shí)用可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，在保證安全環(huán)保、無(wú)污染的前提下提供一種綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)，發(fā)射低功率，連續(xù)、均衡的無(wú)線微波，通過(guò)讓植物內(nèi)部水分子振動(dòng)而實(shí)現(xiàn)對(duì)植物的升溫。自動(dòng)化程度高，能耗低，價(jià)格低廉、可控范圍大，能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到加熱效果，還能夠通過(guò)調(diào)節(jié)溫度來(lái)控制農(nóng)作物的發(fā)芽、開花時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)包括一個(gè)控制模組和若干無(wú)線微波發(fā)射裝置； 所述的控制模組主要由環(huán)境感應(yīng)器、環(huán)境功率中央處理器組成；每個(gè)微波發(fā)射裝置主要由無(wú)線微波發(fā)射器和無(wú)線微波發(fā)射天線組成；微波發(fā)射裝置可以單獨(dú)使用，也可以多個(gè)組合使用，微波的加熱頻率在S段，頻率為2. 4 GHz至2. 5GHz,中心波長(zhǎng)為0. 122m ； 2. 4Ghz到2. 5Ghz頻率微波是目前所知的能夠有效被水果，植物葉子等吸收的波段。環(huán)境感應(yīng)器、環(huán)境功率中央處理器、無(wú)線微波發(fā)射器、電源之間通過(guò)電路連接。微波發(fā)射天線有多種形式，根據(jù)不同的使用需求可選擇多方向板式天線、旋轉(zhuǎn)式天線或漏泄同軸電纜天線。其中多方向板式天線，由四塊板狀天線組成，呈等邊四棱錐殼體狀，上大下小，側(cè)面傾斜，向四周偏下方、四個(gè)方向的農(nóng)作物發(fā)射無(wú)線微波。旋轉(zhuǎn)式天線呈長(zhǎng)條狀，其橫截面是矩形殼體，外面有玻璃鋼防護(hù)罩，能繞著對(duì)稱中心線水平旋轉(zhuǎn)，微波在發(fā)射范圍內(nèi)沿圓周掃描，呈周期性間歇覆蓋。漏泄同軸電纜天線是利用實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)穆┬闺娎|兼作天線使用，其結(jié)構(gòu)與普通的漏泄同軸電纜基本一致，由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣介質(zhì)和開有周期性槽孔的外導(dǎo)體三部分組成。電磁波在漏泄同軸電纜天線中縱向傳輸?shù)耐瑫r(shí)，通過(guò)槽孔向外界輻射電磁波，微波分布范圍可根據(jù)鋪設(shè)軌跡靈活設(shè)置?？紤]到微波衰減因素，在傳輸距離較長(zhǎng)時(shí)，間隔一定長(zhǎng)度需設(shè)置一個(gè)信號(hào)加強(qiáng)器。環(huán)境感應(yīng)器包括外界溫度傳感器、日光照射傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器等。 其安裝環(huán)境和安裝高度需與植物實(shí)際生長(zhǎng)的空氣層高度保持一致。環(huán)境感應(yīng)器將測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)連接電路傳送到環(huán)境功率中央處理器。環(huán)境功率中央處理器上可以預(yù)設(shè)的農(nóng)作物參數(shù)有最低生長(zhǎng)承受溫度、最佳生長(zhǎng)溫度、最佳反應(yīng)頻率。環(huán)境功率中央處理器根據(jù)傳感器發(fā)送的實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的理想?yún)?shù)進(jìn)行比較和分析計(jì)算，計(jì)算出該環(huán)境下要保持植物正常生長(zhǎng)所需微波能量的大小。當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定溫度時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)線微波發(fā)射器的發(fā)射強(qiáng)度，始終將農(nóng)作物葉面的溫度維持在最佳溫度附近。在特別寒冷的情況下，當(dāng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)到無(wú)法維持農(nóng)作物的最低承受溫度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)出警告，提醒人們采取另外措施。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.本發(fā)明將微波發(fā)射器與環(huán)境感應(yīng)器相結(jié)合，根據(jù)檢測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步調(diào)節(jié)微波頻率和發(fā)射功率，可以根據(jù)植物本身情況、成本控制、場(chǎng)地規(guī)模及周圍環(huán)境等不同因素選擇不同類型的天線系統(tǒng)，對(duì)于不同的農(nóng)作物選擇不同的最佳生長(zhǎng)頻率，充分體現(xiàn)了及時(shí)、準(zhǔn)確、 適用的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)低能耗，低輻射，高效率的經(jīng)濟(jì)目的。2.本發(fā)明的工作范圍廣，每個(gè)發(fā)射器的覆蓋范圍可以達(dá)到4到8市畝，并且自動(dòng)化程度高，無(wú)需人為值班控制。3.國(guó)家作業(yè)場(chǎng)所微波輻射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 10436-89)規(guī)定是50微瓦/平方厘米，本發(fā)明最常使用的1. 8微瓦/平方厘米的(是將植物溫度從零下6度加熱到0度的理論值， 我國(guó)大部分地區(qū)用不著超過(guò)此功率)的照明能量要求大大低于微波輻射暫行衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的38微瓦/平方厘米，因此涉及人員無(wú)需使用防護(hù)服飾。本發(fā)明的信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)范圍可控制在10%以內(nèi)，保證了系統(tǒng)的安全使用。同時(shí)，由于大部分寒凍發(fā)生在夜間，系統(tǒng)在正常工作時(shí)也不需要人員值守，因此對(duì)人體的輻射量會(huì)進(jìn)一步降低。4.該發(fā)明在使用過(guò)程中對(duì)外界環(huán)境要求低，正常工作時(shí)只消耗電能，不會(huì)產(chǎn)生其他任何形式的污染。5.除了防凍外，本發(fā)明還可以用來(lái)控制發(fā)芽、開花等一系列對(duì)于溫度有要求的農(nóng)作物生長(zhǎng)需求。


圖1為綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)示意圖； 圖2為板形天線結(jié)構(gòu)示意圖3為單個(gè)天線發(fā)射源下的板形天線微波分布圖； 圖4為板形天線交叉布置微波分布圖； 圖5為旋轉(zhuǎn)式天線裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為圖5的左視圖； 圖7為單根旋轉(zhuǎn)式天線的微波分布圖； 圖8為旋轉(zhuǎn)天線轉(zhuǎn)過(guò)90度角時(shí)的微波分布圖； 圖9為漏泄同軸電纜天線安裝示意圖； 圖10為本發(fā)明的設(shè)計(jì)依據(jù)防霜原則圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1環(huán)境感應(yīng)器，2環(huán)境功率中央處理器，3無(wú)線微波發(fā)射器，4多方向板式天線，41 保護(hù)罩、5微波覆蓋范圍，6旋轉(zhuǎn)式天線61機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置，62玻璃鋼防護(hù)罩，7電源，8 漏泄同軸電纜天線，9信號(hào)加強(qiáng)器；
具體實(shí)施例方式在系統(tǒng)安裝前，工作人員首先要測(cè)定各種農(nóng)作物參數(shù)，如最低生長(zhǎng)承受溫度、最佳生長(zhǎng)溫度及根據(jù)植株體內(nèi)水油含量比分析得出的該農(nóng)作物的最佳反應(yīng)頻率，并將各項(xiàng)設(shè)定值輸入環(huán)境功率中央處理器2。實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)農(nóng)場(chǎng)面積、地形態(tài)勢(shì)和降溫程度而選用不同類型的無(wú)線微波發(fā)射天線。將環(huán)境感應(yīng)器1安裝于農(nóng)作物附近，放置環(huán)境應(yīng)與農(nóng)作物一致，安裝高度應(yīng)處于植物正常生長(zhǎng)的空氣層高度，以避免檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。整個(gè)系統(tǒng)連接電源7后投入實(shí)際運(yùn)行，環(huán)境感應(yīng)器1將測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(溫度、日光強(qiáng)度、濕度、風(fēng)速)傳送到環(huán)境功率中央處理器2，環(huán)境功率中央處理器2根據(jù)這些傳輸數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較和計(jì)算、分析；自動(dòng)控制無(wú)線微波發(fā)射器3的發(fā)射強(qiáng)度。本發(fā)明實(shí)施例是根據(jù)加州大學(xué)戴維斯分校的防霜原則(由RichardL. Snyder著作)作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。在加州印第安山谷中的菊?qǐng)@中測(cè)試的數(shù)據(jù)和在其他果園及農(nóng)作物場(chǎng)地進(jìn)行的測(cè)試，都得到了相同的結(jié)果。當(dāng)環(huán)境溫度低至-6度時(shí)，要達(dá)到防霜效果，要維持植物正常生長(zhǎng)的葉面溫度大于0度，則需要輸入18瓦/每平方米的能量，即1. 8毫瓦/每平方厘米。系統(tǒng)在大部分情況下采用國(guó)際上規(guī)定的用于微波加熱的頻率S段，頻率為2. 4 GHz 至2. 5GHz,中心波長(zhǎng)為0. 122m。經(jīng)過(guò)測(cè)試，這個(gè)頻率對(duì)農(nóng)作物升溫是非常有效的一個(gè)頻率。在其他情況下，根據(jù)具體使用要求，發(fā)射頻率可以高過(guò)2. 4到2. 5Ghz這個(gè)范圍，也可以低于這個(gè)范圍。實(shí)施例1
在相對(duì)平坦、面積較大的農(nóng)場(chǎng)茶園宜選擇多方向板式天線4或旋轉(zhuǎn)式天線6，并固定安裝無(wú)線微波發(fā)射裝置。優(yōu)點(diǎn)是天線周邊微波覆蓋面積大，反應(yīng)快，可以隨時(shí)打開和關(guān)閉；但是定點(diǎn)安裝、定點(diǎn)使用，移動(dòng)靈活性不夠。使用時(shí)要達(dá)到信號(hào)強(qiáng)度平均覆蓋比較困難，可以采用多個(gè)發(fā)射器交叉覆蓋來(lái)克服這一缺陷，如圖4所示。為了保證信號(hào)均勻，各個(gè)發(fā)射器在固定以前需要調(diào)試配合，在環(huán)境溫度較低的情況下適合采用多個(gè)發(fā)射器。如圖2所示的多方向板式天線4，是在無(wú)線微波發(fā)射器3的頂端固定了一個(gè)由四塊板式天線組成的多方向微波發(fā)射天線，天線結(jié)構(gòu)呈等邊四棱錐殼體狀，上大下小，側(cè)面傾斜，向四周偏下方、四個(gè)方向的農(nóng)作物發(fā)射無(wú)線微波。圖3為單個(gè)多方向板式天線發(fā)射的微波信號(hào)分布示意圖，微波沿板面垂直方向往外幅射，與板面呈45度角的方向上缺失微波覆蓋，為此在總體布局時(shí)，要把板式天線交叉排列，如圖4所示，使相鄰無(wú)線微波發(fā)射裝置互相填充發(fā)射“死角”，而且微波的覆蓋強(qiáng)度遵循離發(fā)射源越遠(yuǎn)微波強(qiáng)度越低，因此圖4中所示的微波覆蓋區(qū)域只是示意微波覆蓋較強(qiáng)區(qū)域，在此區(qū)域外還是有相對(duì)減弱的微波覆蓋存在的，相鄰微波發(fā)射裝置的較弱微波區(qū)域通過(guò)雙重覆蓋后可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)場(chǎng)內(nèi)微波的全面覆蓋。這種天線的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行不間斷照射，比較適合在環(huán)境溫度較低的情況下使用。如圖5、圖6所示的旋轉(zhuǎn)式天線對(duì)其周圍農(nóng)作物沿圓周循環(huán)掃描，單個(gè)旋轉(zhuǎn)式天線 6發(fā)射的微波覆蓋范圍5如圖7所示，在桿形天線的兩側(cè)呈橢圓形長(zhǎng)條狀；由于天線的旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍農(nóng)作物均勻的信號(hào)覆蓋，如圖8所示，安裝調(diào)試比較簡(jiǎn)單，但是對(duì)周圍農(nóng)作物會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的覆蓋缺失間隙，會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的供熱中斷。旋轉(zhuǎn)式天線6適合在環(huán)境溫度不是特別低的地區(qū)使用。實(shí)施例2
當(dāng)農(nóng)場(chǎng)面積較小或呈零散分布，或是以梯田、山地等形式存在時(shí)，這種情況下可以使用本發(fā)明中提出的漏泄同軸電纜天線8。漏泄同軸電纜天線8不采用永久固定安裝，從無(wú)線微波發(fā)射器3接出后，根據(jù)農(nóng)作物的不同高度及地形分布，采用臨時(shí)固定架空或者直接排放于農(nóng)場(chǎng)地面上。由于電纜是軟性材質(zhì)，使用該種電纜天線可將無(wú)線微波靈活地覆蓋于復(fù)雜地勢(shì)的農(nóng)作物上面，既滿足了對(duì)農(nóng)作物均勻的無(wú)線微波覆蓋，又保證了無(wú)線微波的不浪費(fèi)。如圖9所示，但是由于漏泄同軸電纜天線8有一定長(zhǎng)度，無(wú)線微波信號(hào)會(huì)隨著傳輸距離的變大而減弱，而且周邊環(huán)境因素也會(huì)影響衰減性能。為了保證無(wú)線微波的發(fā)射強(qiáng)度，當(dāng)傳輸距離較大時(shí)，漏泄同軸電纜天線8需要每隔一段距離安裝一個(gè)信號(hào)加強(qiáng)器9。漏泄同軸電纜天線能在小面積范圍里保證信號(hào)分布均勻、有效，同時(shí)安裝簡(jiǎn)單，成本低。電纜及發(fā)射器在不使用時(shí)可以入室收藏保管，保護(hù)設(shè)備，減低使用成本。適合于個(gè)體茶場(chǎng)面積小、對(duì)成本敏感的實(shí)際國(guó)情。缺點(diǎn)是這種天線比較適合低矮的植物，對(duì)高株植物需要架線提升高度，在覆蓋大面積農(nóng)場(chǎng)的時(shí)候不如使用開放式天線效率高。
權(quán)利要求
1.綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)控制模組和若干無(wú)線微波發(fā)射裝置；所述的控制模組主要由環(huán)境感應(yīng)器、環(huán)境功率中央處理器組成； 每個(gè)微波發(fā)射裝置包括無(wú)線微波發(fā)射器和無(wú)線微波發(fā)射天線，發(fā)射裝置可以單獨(dú)使用，也可以用多個(gè)發(fā)射裝置組合使用，微波的加熱頻率選擇S段，頻率為2. 4 GHz至2. 5GHz， 中心波長(zhǎng)為0. 122m ；環(huán)境感應(yīng)器、環(huán)境功率中央處理器、無(wú)線微波發(fā)射器、電源之間通過(guò)電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)，其特征在于所述的微波發(fā)射天線是多方向板式天線，由四塊板狀天線組成，呈等邊四棱錐殼體狀，上大下小，側(cè)面傾斜，向四周偏下方、四個(gè)方向的農(nóng)作物發(fā)射無(wú)線微波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)，其特征在于所述的微波發(fā)射天線是長(zhǎng)條狀旋轉(zhuǎn)式天線，其橫截面是矩形殼體，外面有玻璃鋼防護(hù)罩，能繞著對(duì)稱中心線水平旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)，其特征在于所述的微波發(fā)射天線是漏泄同軸電纜天線，其結(jié)構(gòu)與普通的漏泄同軸電纜基本一致，由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣介質(zhì)和開有周期性槽孔的外導(dǎo)體三部分組成；電磁波在漏泄同軸電纜天線中縱向傳輸?shù)耐瑫r(shí)，通過(guò)槽孔向外界輻射電磁波；在傳輸距離較長(zhǎng)時(shí)，間隔一定長(zhǎng)度需設(shè)置一個(gè)信號(hào)加強(qiáng)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)，其特征在于所述的環(huán)境感應(yīng)器包括外界溫度傳感器、日光照射傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器；環(huán)境感應(yīng)器將測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)連接電路傳送到環(huán)境功率中央處理器。
全文摘要
綠色農(nóng)業(yè)微波防凍系統(tǒng)包括一個(gè)控制模組和若干無(wú)線微波發(fā)射裝置；控制模組包括環(huán)境感應(yīng)器、環(huán)境功率中央處理器；每個(gè)微波發(fā)射裝置主要由無(wú)線微波發(fā)射器和無(wú)線微波發(fā)射天線組成；發(fā)射微波的加熱頻率選擇S段，頻率為2.4GHz至2.5GHz，中心波長(zhǎng)為0.122m；環(huán)境感應(yīng)器、環(huán)境功率中央處理器、無(wú)線微波發(fā)射器、電源之間通過(guò)電路連接。根據(jù)不同的使用需求可選擇多方向板式天線、旋轉(zhuǎn)式天線或漏泄同軸電纜天線。本發(fā)明根據(jù)檢測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步調(diào)節(jié)微波頻率和發(fā)射功率，可以根據(jù)不同環(huán)境因素選擇不同的天線系統(tǒng)，對(duì)于不同的農(nóng)作物選擇不同的最佳生長(zhǎng)頻率，充分體現(xiàn)了及時(shí)、準(zhǔn)確、適用的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)低能耗，低輻射，高效率的經(jīng)濟(jì)目的。
文檔編號(hào)A01G7/04GK102356733SQ201110252480
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者張琦, 戴云揚(yáng) 申請(qǐng)人:紹興南加大多媒體通信技術(shù)研發(fā)有限公司