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    绿色 农业 微波 防冻 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110252480.7

    申请日:

    2011.08.30

    公开号:

    CN102356733A

    公开日:

    2012.02.22

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):A01G 7/04申请公布日:20120222|||实质审查的生效IPC(主分类):A01G 7/04申请日:20110830|||公开
    IPC分类号: A01G7/04; H01Q1/36; H01Q13/20 主分类号: A01G7/04
    申请人: 绍兴南加大多媒体通信技术研发有限公司
    发明人: 戴云扬; 张琦
    地址: 312000 浙江省绍兴市越城区舜江路683号科创大厦2305室
    优先权:
    专利代理机构: 绍兴市越兴专利事务所 33220 代理人: 蒋卫东
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110252480.7

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2013.08.28|||2012.04.04|||2012.02.22

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    绿色农业微波防冻系统包括一个控制模组和若干无线微波发射装置;控制模组包括环境感应器、环境功率中央处理器;每个微波发射装置主要由无线微波发射器和无线微波发射天线组成;发射微波的加热频率选择S段,频率为2.4GHz至2.5GHz,中心波长为0.122m;环境感应器、环境功率中央处理器、无线微波发射器、电源之间通过电路连接。根据不同的使用需求可选择多方向板式天线、旋转式天线或漏泄同轴电缆天线。本发明根据检测到的实时数据同步调节微波频率和发射功率,可以根据不同环境因素选择不同的天线系统,对于不同的农作物选择不同的最佳生长频率,充分体现了及时、准确、适用的系统优势,以实现低能耗,低辐射,高效率的经济目的。

    权利要求书

    1: 绿色农业微波防冻系统, 其特征在于 : 包括一个控制模组和若干无线微波发射装 置; 所述的控制模组主要由环境感应器、 环境功率中央处理器组成 ; 每个微波发射装置包括无线微波发射器和无线微波发射天线, 发射装置可以单独使 用, 也可以用多个发射装置组合使用, 微波的加热频率选择 S 段, 频率为
    2: 4 GHz 至 2.5GHz, 中心波长为 0.122m ; 环境感应器、 环境功率中央处理器、 无线微波发射器、 电源之间通过电路连接。 2. 根据权利要求 1 所述的绿色农业微波防冻系统, 其特征在于 : 所述的微波发射天线 是多方向板式天线, 由四块板状天线组成, 呈等边四棱锥壳体状, 上大下小, 侧面倾斜, 向四 周偏下方、 四个方向的农作物发射无线微波。
    3: 根据权利要求 1 所述的绿色农业微波防冻系统, 其特征在于 : 所述的微波发射天线 是长条状旋转式天线, 其横截面是矩形壳体, 外面有玻璃钢防护罩, 能绕着对称中心线水平 旋转。
    4: 根据权利要求 1 所述的绿色农业微波防冻系统, 其特征在于 : 所述的微波发射天线 是漏泄同轴电缆天线, 其结构与普通的漏泄同轴电缆基本一致, 由内导体、 绝缘介质和开有 周期性槽孔的外导体三部分组成 ; 电磁波在漏泄同轴电缆天线中纵向传输的同时, 通过槽孔向外界辐射电磁波 ; 在传输 距离较长时, 间隔一定长度需设置一个信号加强器。
    5: 根据权利要求 1 所述的绿色农业微波防冻系统, 其特征在于 : 所述的环境感应器包 括外界温度传感器、 日光照射传感器、 湿度传感器、 风速传感器 ; 环境感应器将测得的实时 数据通过连接电路传送到环境功率中央处理器。

    说明书


    绿色农业微波防冻系统

        【技术领域】
         本发明涉及加热系统, 涉及到一种对农作物采用无线微波加热的功能性电子技 术, 具体指能防御春寒 (闪冻) 的绿色农业微波防冻系统。背景技术
         中国是农产品生产、 销售及出口的大国。然而 , 由于全球气候异常 , 近几年来 , 各省市常常发生极端冷害。特别是年初突发的低温倒春寒 , 导致许多具有较高经济价值的 农作物被冻伤或冻死, 造成农作物大规模减产 , 特别是重要旅游景点和城市标志性建筑周 围的绿化带, 其遭受的经济损失更是被成倍放大。
         目前农业大部分防冻措施仅限于入冬施肥, 农园铺草保地温以对抗寒冻, 以及灾 后补救恢复工作。其他措施如搭建温室大棚, 或用?;つぐ┳魑锏陌旆ㄍ岢杀竟?高 , 且无法防止突至的寒冻。
         农民们常使用的其他防冻方法, 比如将热水喷洒到农作物上, 或者用鼓风机将烧 柴的热气吹向农田以提高周围环境温度。这些做法有几大问题 : 第一, 只能针对小面积的 农田, 不能覆盖大面积寒冻。第二, 效率低。能量在转换过程中大部分被无效消耗浪费掉, 导致成本变高。第三, 大量用水可能影响农作物的质量。第四, 烧柴吹出的大量烟灰会对周 边环境造成污染。
         此外, 我国还从日本引进了一批大型的防霜风扇用于防冻。 这些风扇价格昂贵, 可 控范围小 (一般只能调节 1~2 度) , 能耗高, 并且晚上使用时噪音非常大, 影响周围群众的正 常休息。
         美国专利 4434345 中也提到了利用微波来防止寒冻, 但由于该专利使用的发射器 功率过高, 达不到卫生标准。 同时, 该专利使用的可移动式的发射装置, 要求在霜冻情况下, 农民推着小车针对单株植物进行加热。首先过高的发射功率会危害推车的农民 ; 其次该装 置所能实施的场地必须适合小车在植株之间移动 ; 再者该装置不能持续加热, 在低温的环 境下, 小车一推开, 植物的温度很快就会降低, 达不到防止冻伤的实际效果。同时该发明也 提出了在每一株植物上方直接安装发射器的方案, 但是这种做法成本更高, 缺少实用可能 性。 发明内容
         本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷, 在保证安全环保、 无污染的前提下 提供一种绿色农业微波防冻系统, 发射低功率, 连续、 均衡的无线微波, 通过让植物内部水 分子振动而实现对植物的升温。 自动化程度高, 能耗低, 价格低廉、 可控范围大, 能在短时间 内达到加热效果, 还能够通过调节温度来控制农作物的发芽、 开花时间 。
         为了实现上述目的, 本发明的技术方案如下 : 绿色农业微波防冻系统包括一个控制模组和若干无线微波发射装置 ; 所述的控制模组主要由环境感应器、 环境功率中央处理器组成 ;每个微波发射装置主要由无线微波发射器和无线微波发射天线组成 ; 微波发射装置可 以单独使用, 也可以多个组合使用, 微波的加热频率在 S 段, 频率为 2.4 GHz 至 2.5GHz, 中心 波长为 0.122m ;2.4Ghz 到 2.5Ghz 频率微波是目前所知的能够有效被水果, 植物叶子等吸 收的波段。
         环境感应器、 环境功率中央处理器、 无线微波发射器、 电源之间通过电路连接。
         微波发射天线有多种形式, 根据不同的使用需求可选择多方向板式天线、 旋转式 天线或漏泄同轴电缆天线。
         其中多方向板式天线, 由四块板状天线组成, 呈等边四棱锥壳体状, 上大下小, 侧 面倾斜, 向四周偏下方、 四个方向的农作物发射无线微波。
         旋转式天线呈长条状, 其横截面是矩形壳体, 外面有玻璃钢防护罩, 能绕着对称中 心线水平旋转, 微波在发射范围内沿圆周扫描, 呈周期性间歇覆盖。
         漏泄同轴电缆天线是利用实现信号传输的漏泄电缆兼作天线使用, 其结构与普通 的漏泄同轴电缆基本一致, 由内导体、 绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体三部分组成。 电 磁波在漏泄同轴电缆天线中纵向传输的同时, 通过槽孔向外界辐射电磁波, 微波分布范围 可根据铺设轨迹灵活设置。 考虑到微波衰减因素, 在传输距离较长时, 间隔一定长度需设置 一个信号加强器。 环境感应器包括外界温度传感器、 日光照射传感器、 湿度传感器、 风速传感器等。 其安装环境和安装高度需与植物实际生长的空气层高度保持一致。 环境感应器将测得的实 时数据通过连接电路传送到环境功率中央处理器。
         环境功率中央处理器上可以预设的农作物参数有 : 最低生长承受温度、 最佳生长 温度、 最佳反应频率?;肪彻β手醒氪砥鞲荽衅鞣⑺偷氖凳奔觳馐萦朐は壬瓒ǖ?理想参数进行比较和分析计算, 计算出该环境下要保持植物正常生长所需微波能量的大 小。 当低于设定温度时, 自动调节无线微波发射器的发射强度, 始终将农作物叶面的温度维 持在最佳温度附近。在特别寒冷的情况下, 当系统预测到无法维持农作物的最低承受温度 时, 系统会实时发出警告, 提醒人们采取另外措施。
         本发明具有以下优点 : 1. 本发明将微波发射器与环境感应器相结合, 根据检测到的实时数据同步调节微波频 率和发射功率, 可以根据植物本身情况、 成本控制、 场地规模及周围环境等不同因素选择不 同类型的天线系统, 对于不同的农作物选择不同的最佳生长频率, 充分体现了及时、 准确、 适用的系统优势, 以实现低能耗, 低辐射, 高效率的经济目的。
         2. 本发明的工作范围广, 每个发射器的覆盖范围可以达到 4 到 8 市亩, 并且自动化 程度高, 无需人为值班控制。
         3. 国家作业场所微波辐射卫生标准 (GB 10436-89) 规定是 50 微瓦 / 平方厘米, 本 发明最常使用的 1.8 微瓦 / 平方厘米的 (是将植物温度从零下 6 度加热到 0 度的理论值, 我国大部分地区用不着超过此功率) 的照明能量要求大大低于微波辐射暂行卫生标准规定 的 38 微瓦 / 平方厘米, 因此涉及人员无需使用防护服饰。本发明的信号强度波动范围可控 制在 10% 以内, 保证了系统的安全使用。同时, 由于大部分寒冻发生在夜间, 系统在正常工 作时也不需要人员值守, 因此对人体的辐射量会进一步降低。
         4. 该发明在使用过程中对外界环境要求低, 正常工作时只消耗电能, 不会产生其
         他任何形式的污染。
         5. 除了防冻外 , 本发明还可以用来控制发芽、 开花等一系列对于温度有要求的 农作物生长需求。
         附图说明
         图 1 为绿色农业微波防冻系统示意图 ; 图 2 为板形天线结构示意图 ; 图 3 为单个天线发射源下的板形天线微波分布图 ; 图 4 为板形天线交叉布置微波分布图 ; 图 5 为旋转式天线装置的系统结构示意图 ; 图 6 为图 5 的左视图 ; 图 7 为单根旋转式天线的微波分布图 ; 图 8 为旋转天线转过 90 度角时的微波分布图 ; 图 9 为漏泄同轴电缆天线安装示意图 ; 图 10 为本发明的设计依据 : 防霜原则图。
         附图标记说明 : 1 环境感应器 , 2 环境功率中央处理器, 3 无线微波发射器 , 4 多方向板式天线, 41 ?;ふ?、 5 微波覆盖范围, 6 旋转式天线 61 机械旋转装置 , 62 玻璃钢防护罩, 7 电源, 8 漏泄同轴电缆天线, 9 信号加强器 ; 具体实施方式
         在系统安装前, 工作人员首先要测定各种农作物参数, 如最低生长承受温度、 最佳 生长温度及根据植株体内水油含量比分析得出的该农作物的最佳反应频率, 并将各项设定 值输入环境功率中央处理器 2。
         实际使用时可根据农场面积、 地形态势和降温程度而选用不同类型的无线微波发 射天线。
         将环境感应器 1 安装于农作物附近, 放置环境应与农作物一致, 安装高度应处于 植物正常生长的空气层高度, 以避免检测数据不准确。
         整个系统连接电源 7 后投入实际运行, 环境感应器 1 将测得的实时数据 (温度、 日 光强度、 湿度、 风速) 传送到环境功率中央处理器 2, 环境功率中央处理器 2 根据这些传输数 据与预先设定的参数进行比较和计算、 分析 ; 自动控制无线微波发射器 3 的发射强度。
         本发明实施例是根据加州大学戴维斯分校的防霜原则(由 Richard L. Snyder 著 作) 作为设计基础。在加州印第安山谷中的菊园中测试的数据和在其他果园及农作物场地 进行的测试, 都得到了相同的结果。当环境温度低至 - 6 度时, 要达到防霜效果, 要维持植 物正常生长的叶面温度大于 0 度, 则需要输入 18 瓦 / 每平方米的能量, 即 1.8 毫瓦 / 每平 方厘米。 系统在大部分情况下采用国际上规定的用于微波加热的频率 S 段, 频率为 2.4 GHz 至 2.5GHz, 中心波长为 0.122m。经过测试, 这个频率对农作物升温是非常有效的一个频率。在其他情况下, 根据具体使用要求, 发射频率可以高过 2.4 到 2.5Ghz 这个范围, 也可以低 于这个范围。
         实施例 1 : 在相对平坦、 面积较大的农场茶园宜选择多方向板式天线 4 或旋转式天线 6, 并固定安 装无线微波发射装置。优点是天线周边微波覆盖面积大, 反应快, 可以随时打开和关闭 ; 但 是定点安装、 定点使用, 移动灵活性不够。使用时要达到信号强度平均覆盖比较困难, 可以 采用多个发射器交叉覆盖来克服这一缺陷, 如图 4 所示。为了保证信号均匀, 各个发射器在 固定以前需要调试配合, 在环境温度较低的情况下适合采用多个发射器。
         如图 2 所示的多方向板式天线 4, 是在无线微波发射器 3 的顶端固定了一个由四 块板式天线组成的多方向微波发射天线, 天线结构呈等边四棱锥壳体状, 上大下小, 侧面倾 斜, 向四周偏下方、 四个方向的农作物发射无线微波。图 3 为单个多方向板式天线发射的 微波信号分布示意图, 微波沿板面垂直方向往外幅射, 与板面呈 45 度角的方向上缺失微波 覆盖, 为此在总体布局时, 要把板式天线交叉排列, 如图 4 所示, 使相邻无线微波发射装置 互相填充发射 “死角” ,而且微波的覆盖强度遵循离发射源越远微波强度越低, 因此图 4 中 所示的微波覆盖区域只是示意微波覆盖较强区域, 在此区域外还是有相对减弱的微波覆盖 存在的, 相邻微波发射装置的较弱微波区域通过双重覆盖后可以实现农场内微波的全面覆 盖。这种天线的优点是可以对农作物进行不间断照射, 比较适合在环境温度较低的情况下 使用。 如图 5、 图 6 所示的旋转式天线对其周围农作物沿圆周循环扫描, 单个旋转式天线 6 发射的微波覆盖范围 5 如图 7 所示, 在杆形天线的两侧呈椭圆形长条状 ; 由于天线的旋 转, 可以实现对周围农作物均匀的信号覆盖, 如图 8 所示, 安装调试比较简单, 但是对周围 农作物会产生短时间的覆盖缺失间隙, 会出现短时间的供热中断。旋转式天线 6 适合在环 境温度不是特别低的地区使用。
         实施例 2 : 当农场面积较小或呈零散分布, 或是以梯田、 山地等形式存在时, 这种情况下可以使用 本发明中提出的漏泄同轴电缆天线 8。
         漏泄同轴电缆天线 8 不采用永久固定安装, 从无线微波发射器 3 接出后, 根据农作 物的不同高度及地形分布, 采用临时固定架空或者直接排放于农场地面上。由于电缆是软 性材质, 使用该种电缆天线可将无线微波灵活地覆盖于复杂地势的农作物上面, 既满足了 对农作物均匀的无线微波覆盖, 又保证了无线微波的不浪费。如图 9 所示, 但是由于漏泄同 轴电缆天线 8 有一定长度, 无线微波信号会随着传输距离的变大而减弱, 而且周边环境因 素也会影响衰减性能。 为了保证无线微波的发射强度, 当传输距离较大时, 漏泄同轴电缆天 线 8 需要每隔一段距离安装一个信号加强器 9。
         漏泄同轴电缆天线能在小面积范围里保证信号分布均匀、 有效, 同时安装简单, 成 本低。电缆及发射器在不使用时可以入室收藏保管, ?;ど璞?, 减低使用成本。适合于个体 茶场面积小、 对成本敏感的实际国情。 缺点是这种天线比较适合低矮的植物, 对高株植物需 要架线提升高度, 在覆盖大面积农场的时候不如使用开放式天线效率高。
        

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