【技术实现步骤摘要】
适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置及方法
本专利技术属于空间植物栽培
，具体涉及一种适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置及方法。
技术介绍
随着航天技术的发展，太空微重力条件及月面、火星表面低重力条件为植物的重力效应研究提供了基础，国内外已经有多台植物栽培装置被人们发射至地外用于植物生理、遗传实验研究。在根部营养液供给方式上，目前地外植物栽培装置通常采用一次性基质栽培的方式，具有可靠、方便的特点，在植物生长发育、遗传变异等方面取得了许多有价值的研究结果。例如专利CN108633718A公开了一种微重力环境下植物水分循环利用的装置，使用了多孔吸水材料作为培养基质。随着载人航天的发展，急需进行适应长期太空生存的植物栽培研究。一方面，可为人员提供足够的新鲜植物性食物、以及足够的氧气及二氧化碳交换处理能力；另一方面，需要实现多代植株的长周期连续栽培，以便适应长期太空生存。在长周期连续栽培中，为防止基质中微生物及病菌残留，基质需要更换和处理，同时对于地下可食植物的根部尺寸变化及清洗问题，基质栽培也遇到了困难。与之相比，气雾无基质栽培(雾培)能够极好避免这些问题，可实现根区营养液与空气的充分混合，是未来长期太空生存植物栽培发展的重要方向。目前在地面上应用成熟的营养液雾化手段主要有高压喷嘴雾化、超声雾化等手段。对于高压喷嘴雾化，高压喷嘴通道尺寸一般较小，并且回收营养液需再次经过高压泵进行加压，在此过程中，植物残根、营养液成分沉淀等极易造成高压喷嘴堵塞、高压泵磨损，造成可靠性降低，而空间装置对可靠性要求极高，因此现有的高压喷嘴雾化手段凸显不足。而超声雾...
【技术保护点】
1.一种适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置，其特征在于，包括定植单元(100)、雾化单元(200)、营养液供给单元(300)和控制单元(400)；所述定植单元(100)包括定植单元壳体(101)、风道(102)、离心风机(103)和导流罩(104)；所述定植单元壳体(101)为腔体结构，所述定植单元壳体(101)的侧壁设置若干个用于固定植株(500)根部的定植孔(1011)，通过所述定植孔(1011)，使所述植株(500)的根部穿过所述定植孔(1011)而延伸到所述定植单元壳体(101)的腔体内部；所述定植单元壳体(101)的轴线位置安装所述风道(102)；所述风道(102)的一端安装所述离心风机(103)；所述离心风机(103)的外围安装所述导流罩(104)；所述定植单元壳体(101)的远离所述离心风机(103)的一端开设扇形通道(105)；所述雾化单元(200)固定于所述定植单元(100)的远离所述离心风机(103)的一端；所述雾化单元(200)与所述定植单元(100)通过所述扇形通道(105)连通；所述雾化单元(200)具有进液端和细雾出口(201)；所述细雾出口(201...
【技术特征摘要】
1.一种适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置，其特征在于，包括定植单元(100)、雾化单元(200)、营养液供给单元(300)和控制单元(400)；所述定植单元(100)包括定植单元壳体(101)、风道(102)、离心风机(103)和导流罩(104)；所述定植单元壳体(101)为腔体结构，所述定植单元壳体(101)的侧壁设置若干个用于固定植株(500)根部的定植孔(1011)，通过所述定植孔(1011)，使所述植株(500)的根部穿过所述定植孔(1011)而延伸到所述定植单元壳体(101)的腔体内部；所述定植单元壳体(101)的轴线位置安装所述风道(102)；所述风道(102)的一端安装所述离心风机(103)；所述离心风机(103)的外围安装所述导流罩(104)；所述定植单元壳体(101)的远离所述离心风机(103)的一端开设扇形通道(105)；所述雾化单元(200)固定于所述定植单元(100)的远离所述离心风机(103)的一端；所述雾化单元(200)与所述定植单元(100)通过所述扇形通道(105)连通；所述雾化单元(200)具有进液端和细雾出口(201)；所述细雾出口(201)与所述风道(102)的一端连通，在所述离心风机(103)的作用下，所述雾化单元(200)产生的细雾通过所述细雾出口(201)进入到所述风道(102)；所述营养液供给单元(300)包括营养液储存箱(301)、水储存箱(302)、pH调节液储存箱(303)、液位传感器(304)、pH值传感器(305)和电导率传感器(306)；所述营养液储存箱(301)的出液口通过第一蠕动泵(D1)连通到所述雾化单元(200)的进液端；所述水储存箱(302)的出液口通过第二蠕动泵(D2)连通到所述雾化单元(200)的进液端；所述pH调节液储存箱(303)的出液口通过第三蠕动泵(D3)连通到所述雾化单元(200)的进液端；所述液位传感器(304)、所述pH值传感器(305)和所述电导率传感器(306)均安装于所述雾化单元(200)的内部；所述控制单元(400)分别与所述离心风机(103)、所述雾化单元(200)、所述第一蠕动泵(D1)、所述第二蠕动泵(D2)、所述第三蠕动泵(D3)、所述液位传感器(304)、所述pH值传感器(305)和所述电导率传感器(306)电连接。2.根据权利要求1所述的适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置，其特征在于，所述定植单元壳体(101)的侧壁以及远离所述离心风机(103)的下端面之间相交的位置，设置圆角结构(106)。3.根据权利要求1所述的适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置，其特征在于，所述扇形通道(105)设置于所述定植单元壳体(101)的下端面，并且，所述扇形通道(105)从外侧向内侧，其通道直径逐渐缩小。4.根据权利要求1所述的适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置，其特征在于，所述导流罩(104)包括导流罩主体(1041)、长导流叶片(1042)和短导流叶片(1043)；所述导流罩主体(1041)的中心位置安装所述离心风机(103)；以所述离心风机(103)为中心，向外辐射发散间隔布置所述长导流叶片(1042)和所述短导流叶片(1043)；所述长导流叶片(1042)和所述短导流叶片(1043)均倾斜设置，与径向的夹角为60°～90°。5.根据权利要求1所述的适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置，其特征在于，所述雾化单元(200)包括雾化单元壳体(202)、旋转轴(203)、旋转轴驱动电机(204)、旋转盘(205)和超声雾化器(206)；所述雾化单元壳体(202)为腔体结构，在所述雾化单元壳体(202)的轴线位置安装所述旋转轴(203)；所述旋转轴(203)为中空结构，所述旋转轴(203)的侧壁开设与所述雾化单元壳体(202)的内腔连通的细雾进口(2031)，所述旋转轴(203)的一端形成所述细雾出口(201)，并且，所述细雾出口(201)通过轴承(207)与所述风道(102)的远离所述离心风机(103)的一端连通；所述旋转轴(203)的外面套设安装多个不同高度的所述旋转盘(205)；所述旋转轴驱动电机(204)驱动所述旋转轴(203)转动，进而带动所述旋转盘(205)旋转；所述雾化单元壳体(202)的靠下的内壁面固定安装所述超声雾化器(206)，所述超声雾化器(206)的振动膜(2061)朝向所述雾化单元壳体(202)的内腔。6.根据权利要求1所述的适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置，其特征在于，所述营养液储存箱(301)的设置数量为两个，分别为第一营养液储存箱(301A)和第二营养液储存箱(301B)。7.一种权利要求1-6任一项所述的适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在空间放置适用地外植物雾培的营养液供给调控雾化的装置，具体放置方法为：如果空间重力水平为10-3g～1g时，则使营养液供给调控雾化的装置的轴线沿重力方向放置，并使雾化单元(200)位于定植单元(100)的下方，使定植单元(100)的离心风机(103)位于定植单元壳体(101)的内腔顶部；如果空间重力水平低于10-3g，则沿任意方向放置营养液供给调控雾化的装置；步骤2，控制单元(400)与上位机(600)通信连接，控制单元(400)接收所述上位机(600)的开始运行指令，其中，所述开始运行指令中携带有需要雾培的植株属性以及重力水平状态；所述控制单元(400)解析所述开始运行指令，得到所述植株属性以及重力水平状态；步骤3，所述控制单元(400)根据植株属性以及重力水平状态，查询预建立的工作运行时间参数、植株属性和重力水平状态关系的第一控制谱，得到与植株属性以及重力水平状态对应的以下工作运行时间参数：工作周期Tt、旋转盘工作时长TA、旋转盘工作后停止时间TAf和超声雾化器工作时长TU；其中，TA大于TU；旋转盘工作状态与离心风机(103)的工作状态完全一致；步骤4，所述控制单元(400)根据植株属性以及重力水平状态，查询预建立的离心风机转速nC、植株属性和重力水平状态关系的第二控制谱，确定与植株属性以及重力水平状态对应的离心风机转速nC；所述控制单元(400)根据重力水平...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹娇坤，王珂，张璐，盛强，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：北京,11
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