溫室室內用光輻射儀支撐架的設計與開發

楊文雄，葉 克，李軍輝，呂亞州，馬承偉

(1.北京農業職業學院，北京 102242；2.中國農業大學，北京 100083)

合理利用太陽光，是日光溫室種植技術需要考慮的重要問題，精確獲取日光溫室室內各處的光輻射照度并加以科學分析，是現代農業大數據的發展要求，也是北京精準農業的種植要求，能夠有效提高日光溫室的光利益效率，增加日光溫室產出和經濟效益[1-3]。

但目前光輻射儀隨身附帶的支撐架，主要針對溫室外氣象數據采集用，支撐架的最低高度1.5 m；而測量溫室內光輻射照度時，常常要測量1.5 m以下的各點，光輻射儀自帶支架無法做到。

由于測量光輻射時，要求光輻射儀探頭豎直向上，而且周圍10 m范圍沒有遮擋，如果采用安裝多種探測儀的支撐架，支撐架主桿會對光輻射儀有遮擋，導致測量出現偏差。

目前的光輻射測量設備主要在溫室外使用，且高度固定、地點固定，不能精確獲取溫室內各處的光分布情況，造成農戶在溫室作物種植時不能充分合理地利用太陽光，造成日光溫室產出較低，經濟效益不顯著。筆者開發設計一種高度可調、能適應各種地面、方便移動的溫室室內用光輻射儀支撐架，它能夠幫助光輻射儀精確獲取日光溫室各處的光輻射照度，從而提高日光溫室的光利用效率，提升日光溫室的產出和經濟效益[4-8]。

1 支撐架的結構與組成

溫室室內用光輻射儀支撐架，包括底桿與可調節桿。其中，底桿底端設計有空心錐形底座；底桿頂端對側開有定位孔。可調節桿為2～3根，層層嵌套設置，且位于最內層的調節桿頂端設計有安裝平面，用來安裝光輻射儀。上述每根可調節桿側壁上相對位置沿軸向開有等間距的調節孔；將不同調節孔間以及不同調節孔與定位孔間匹配，由螺頂穿過固定。

當各層可調節桿頂端位置調節孔均與底桿上定位孔配合時，支撐架高度為0.4 m。當各層可調節桿中，滿足外層可調節桿頂端調節孔與內層可調節桿底端調節孔配合，同時，最外層可調節桿底端調節孔與底桿上定位孔配合時，支撐架高度為2.0 m。

2 支撐架的連接與組裝

溫室室內用光輻射儀支撐架，包括底桿、可調節桿，均為空心結構，如圖1所示。

注：1.底桿；101.錐形底座；102.定位孔；2.可調節桿；201.調節孔；5.光輻射儀Note：1.Bottom rod；101.Conical base；102.Positioning hole；2.Adjustable rod；201.Adjusting hole；5.Optical radiometer圖1 光輻射儀支撐架構成Fig.1 Support structure of optical radiometer

其中，底桿底端設計有空心錐形底座，用于支撐架的放置。錐形底座與底桿間可設計為一體化結構，或與底桿間設計為通過螺紋固定安裝的可拆卸結構。底桿頂端對側開有定位孔。可調節桿為2～3根，層層嵌套設置，且位于最內層的調節桿頂端設計有安裝平面，用來安裝光輻射儀，安裝平面上設計有豁口，供光輻射儀的數據線穿過。

上述每根可調節桿側壁上相對位置沿軸向開有等間距的調節孔，調節孔數量為10～20個。通過各層可調節桿上不同水平位置的調節孔間配合，以及各層可調節桿上不同水平位置的調節與底桿上定位孔間配合，實現各層可調節桿與底桿間豎直方向上相對位置的調節定位，實現支撐架高度可調，進而實現光輻射儀在日光溫室內不同高度的調節。上述各個調節桿頂端位置周向上設計有環形限位臺，用來在進行支撐架高度調節時，對可調節桿的握持，防止調節過程中內層可調節桿頂端陷入外層可調節桿內。為了使支撐架適應日光溫室內的光輻射測量，使支撐架可調節高度范圍在0.4～2.0 m。

為了加強支撐架與水泥地面間的穩固程度，在底桿底端錐形底座上部側壁上設計有進料斗，與底桿內部連通，如圖2所示。由此，通過進料斗，可向錐形底座內部填充沙石，將錐形底座與磚面或混凝土間壓緊。

注：1.底桿；101.錐形底座；3.定位桿Note：1.Bottom rod；101.Conical base；3.Positioning rod圖2 光輻射儀支撐架底部穩固設計Fig.2 Stable design of the bottom of the support of the optical radiometer

為了使支撐架同時適應泥土地面上的設置，還設計有空心定位桿，定位桿一端為尖端，作為定位端；另一端設計有外螺紋結構，作為連接端。同時，在底桿底端錐形底座底端中心位置設計有螺紋孔，通過定位桿的連接端與螺紋孔配合擰緊固定實現定位桿與支撐架的連接。進而在支撐架進行設置時，可通過定位桿的尖端將定位桿插入泥土地面，實現支撐架與泥土地面間的穩固設置，如圖3所示，且同樣可以通過進料斗向錐形底座內部填充沙石，實現支撐架的穩固設置。上述結構當拆下定位桿后，即可實現支撐架在磚面或混凝土地面上的設置，且同樣可以通過進料斗向錐形底座內部填充沙石，實現支撐架的穩固設置。

注：1.底桿；101.錐形底座；3.定位桿；4.進料斗Note：1.Bottom rod；101.Conical base；3.Positioning rod；4.Feed hopper圖3 光輻射儀支撐架適應泥土地面的底部穩固設計Fig.3 Stable design of the bottom of the support of the optical radiometer adapted to soil surface

3 結論

該研究設計開發的溫室內用光輻射儀支撐架高度可調節至接近溫室地面高度0.4 m，而目前的支撐架最低為1.5 m。該支撐架可以適應更加復雜的地況，且適應于泥土地面或水泥地面上的設置，穩定性強。

在該支撐架頂部光輻射儀安裝方便，無需將光輻射儀信號線拆掉后重新裝上。同時，光輻射儀位于支撐架頂部，不會受到支撐架自身對光遮擋的影響，可有效提高日光溫室的光利用效率，值得推廣應用。