PPFD és PPE mérése kutatási növénynevelő kamrákban

A mérés az a pont, ahol a kutatási fényminőség eldől. Egy növénynevelő kamra egyenletesnek tűnhet, mégis polconként 20 százalékkal is eltérhet, és egy kalibrálatlan érzékelő az egész adathalmazt eltolhatja. Ez a cikk bemutatja, hogyan kell a PPFD-t és a hatásfokot (PPE) mérni ahhoz, hogy a kamra számai megbízhatók és összehasonlíthatók legyenek. A kezeléstervezésről szóló spektrumkutatási cikkel együtt érdemes olvasni.

Mérje a PPFD-t, térképezze fel a kamrát

A PPFD a pillanatnyi fotonfluxus a lombkorona síkjában. Egy kamrában fel kell térképezni: végezzen méréseket rács mentén minden polcon és azon a magasságon, ahol a növények ténylegesen vannak, mert a kamra visszaverődése és a lámpatestek elhelyezkedése gradiensokat hoz létre. Adja meg az átlagot és a variációs együtthatót, hogy az olvasók tudják, mennyire volt valóban egyenletes a kezelés.

A hatásfok (PPE) tisztességesen hasonlítja össze a lámpatesteket

A PPE – foton/joule – lehetővé teszi annak összehasonlítását, hogy két lámpatest milyen hatékonyan szállít fényt, a teljesítménybesorolásuktól függetlenül. Kamrakontextusban akkor a leghasznosabb, amikor lámpatesteket írunk elő vagy cserélünk: a magasabb PPE azonos elektromos teljesítményfelvétel mellett több PPFD-t jelent. A kiszámításához a PPFD-t és a felvett teljesítményt együtt kell mérni.

Alakítsa a méréseket összehasonlítható számokká

A kamrák vagy lámpatestek összehasonlításához ugyanúgy kell csökkenteni az adatokat: azonos rácssűrűség, azonos síkmagasság, azonos átlagolás. A következetlen feltérképezés a „nem reprodukálható eredmények” csendes forrása. A PPF vs PPFD vs PPE útmutató mélyebben kifejti az egységeket.

• Térképezze fel a PPFD-t rács mentén a növények magasságában, polconként.
• Az átlagot és a CV-t adja meg, ne egyetlen mérést.
• Rögzítse az érzékelő kalibrációjának dátumát.
• Számítsa a PPE-t a mért PPF-ből és a felvett teljesítményből.
• Az összehasonlításhoz használjon következetes feltérképezést a kamrákban.

Kidolgozott példa: PPE számítása saját mérésekből

A lámpatest hatásfoka (PPE) a fotoszintetikusan aktív fotonfluxus osztva az elektromos teljesítménnyel: PPE = PPF / W. Az adatlapok megadják, de a kutatási kamráknak a saját mérési láncukban kell megbízniuk. Ez a szemléltető végigvezetés a számítást és a buktatókat mutatja be.

• Mérje meg a lámpatest PPF-jét: vagy kalibrált spektroradiométerrel integritási feltétel mellett, vagy PPFD-rácsos mintavétellel a munkatávolságon és integrálással a megvilágított területre (ez becslés megadott bizonytalansággal, nem laborérték).
• Mérje az elektromos teljesítményt a lámpatest bemenetén valódi effektív értéket (true-RMS) mérő teljesítménymérővel, ne a fali csatlakozónál, ismeretlen veszteségek után.
• Osszon: egy 640 umol/s fotonfluxust szállító, 240 W-ot felvevő lámpatest PPE-je 640 / 240 = 2,67 umol/J.
• Ismételje meg a kezelésekben használt meghajtási szinteken; sok lámpatestnél a PPE alacsony kimeneten csökken, és a 20 százalékos kimeneten futó kezeléseknek ott kell megadniuk a hatásfokot.
• Rögzítsön mindent: érzékelőmodell és kalibrációs dátum, távolság, a rács mérete, integrálási módszer és bizonytalanság.

A döntő különbség: a rácsos mintavétellel kapott PPF becslés, amelynek bizonytalansága ritka rácsok és visszaverő környezet esetén nő, míg az integráló gömbös vagy goniométeres értékek mért laborértékek. A cikkeknek és a belső jelentéseknek meg kell mondaniuk, melyikről van szó. Egy 9 pontos rácsból három tizedesjegyre megadott PPE-érték precíziós színház, nem pontosság.

PPFD-mérési gyakorlat kamrákban

Érzékelőválasztás és kalibráció

A kvantumszenzorok a 400-700 nm tartományban közelítik a fotoszintetikusan aktív sugárzást, de a válaszgörbék modellenként eltérnek, és a LED-spektrumok (éles csúcsokkal) felszínre hozhatják ezeket a különbségeket. Rutin monitorozáshoz általában elegendő egy jól karbantartott kvantumszenzor kamránként; spektrumkutatáshoz a spektroradiométer a referenciaeszköz, mert az látja a tényleges spektrális eloszlást. Kalibráljon ütemterv szerint, őrizze meg a kalibrációs tanúsítványokat, és tartson fenn egy referenciaszenzort az ellenőrző mérésekhez, hogy egy elsodródó érzékelőt még egy adatszezon eltorzulása előtt elkapjanak.

A következtetéseket alátámasztó rácsos mintavétel

A PPFD-térkép térbeli adathalmaz: a rácsot a mérés előtt határozza meg (kamrákban jellemzően 0,3–0,5 m osztás a lombkorona magasságában), jegyezzen fel minden pontot, és adja meg az átlagot, a minimumot és a minimum/átlag arányt. Térképezze újra, amikor a geometria változik, mert egy térkép egy lámpatest–kamra konfigurációhoz tartozik, nem a helyiséghez. Azok a kezelések, amelyek feltérképezés nélkül feltételeznek egyenletességet, rejtett változót örökölnek.

Kérdések vásárlás előtt

• Ad-e a szállító független fotometriai vizsgálati jelentéseket (nem csak adatlapértékeket)?
• A lámpatestek egyedileg sorozatszámozottak-e, gyári kalibrációs adatokkal a nyomon követhetőség érdekében?
• Mekkora a kimenet stabilitása időben és hőciklusok között, elsodródási specifikációként megadva?
• Dokumentált-e a villogási viselkedés, mivel egyes érzékelők és a nagy sebességű képalkotás érzékeny rá?
• Ellenőrizhető-e a lámpatest kimenete a helyszínen a saját referenciaeszközeihez képest az átvétel előtt?

Gyakori hibák a PPFD és a PPE mérésében

A mérési hibák ritkán jelentkeznek be maguktól; az adathalmazba ágyazva érkeznek. A visszatérő esetek:

• Egy érzékelőmodell használata a kamrákban keresztkalibráció nélkül, így a kamrák közötti összehasonlítások átveszik az érzékelők közötti eltolást.
• A PPFD mintavételezése egyetlen ponton, és annak nevezése kamraátlagnak egy olyan térben, ahol a valódi szórás meghaladhatja a 20 százalékot.
• PPE megadása adatlapról olyan körülmények között (hőmérséklet, hajtóáram), amelyeket a kamra soha nem használ.
• Az érzékelő szögfüggő válaszának figyelmen kívül hagyása; a rúdlámpatestek kis szögű fénye közeli szerelésnél másképp terheli az érzékelőket, mint a felülről sugárzó sorok.
• Új lámpatestekkel mérés és azok régi korúnak dokumentálása (vagy fordítva), mert a kimenet az első néhány száz órában és évek alatt is sodródik.
• Az egységek összekeverése: umol/m2/s a PPFD-hez, umol/J a PPE-hez, mol/m2/day a DLI-hez; a cikkek még mindig összemoshatják őket.

Referenciaszintű mérési lánc gyakorlatias költségvetésből

Az eszközhierarchia

Egy gyakorlatias láncnak három szintje van: egy spektroradiométer referenciaeszközként (takarékosan használva, formálisan kalibrálva), egy vagy két kalibrált kvantumszenzor átadási standardként (negyedévente ellenőrizve a spektroradiométerhez), valamint a kamránként telepített munkaszenzorok (ütemterv szerint ellenőrizve az átadási standardhoz). A hierarchia az éves kapkodást rutinná alakítja, és az adathalmaz minden számának nyomon követhető származást ad.

A bizonytalanság az eredmény részeként

Egy megadott bizonytalanság nélküli PPFD- vagy PPE-szám állítás, nem mérés. A bizonytalanság megadásához nem kell metrológiai laboratórium: egy 9 pontos rács térbeli szórást ad, az érzékelő kalibrációja műszerhibát, és a kettő együtt valósághű sávot ad. A „250 ± 8 umol/m2/s” leírása egy sort igényel, és megváltoztatja, hogyan használható a szám; elhagyása arra csábítja az olvasókat, hogy a becslést tényként kezeljék.

Új kamralámpatestek átvételi vizsgálata

Az új lámpatestek egy már használatban lévő mérési láncba lépnek be, és az átvételi vizsgálat az a pont, ahol viselkedésük csatlakozik a dokumentált nyilvántartáshoz. Gyakorlatias átvételi sorrend:

• Égesse be a gyártó által ajánlott ideig (jellemzően 100 óra), mielőtt bármilyen kimeneti értékben megbízna.
• Mérje meg a PPF-et és a PPE-t a tervezett kezelések meghajtási szintjein, ne csak maximumon.
• Térképezze fel a PPFD-t a szokásos rácson a munkatávolságon, és iktassa a térképet a kamra nyilvántartásába.
• Futtassa végig a tompítási tartományt, és rögzítse a kimenetet a jel függvényében; az alsó tartomány nemlinearitása fontos az alacsony PPFD-jű kezeléseknél.
• Ellenőrizze a kamra munkaszenzorát az átadási standardhoz az új lámpatestek mellett, mert a spektrumok eltérnek a korábbi telepítésétől.
• Iktassa a sorozatszámokat, a fotometriai jelentéseket és a mért adatokat a kamra által használt receptúrasablonba.

A sorrend lámpatesttípusonként fél napot igényel, és megelőzi a két klasszikus hibaformát: azt a kamrát, amely soha nem volt az, amit a receptúrája állított, és azt az adathalmazt, amelynek korai ciklusai olyan hardveren futottak, amely a vizsgálat közben állt be. Mindkettő láthatatlan a maga idejében, és drága a bírálat során.

Ellenőrizhető források

• DesignLights Consortium – a kertészeti világítás műszaki követelményei és vizsgálata
• Cornell University – növénytudományi kutatási infrastruktúra
• e-GRO – mérési és világítási módszertani jegyzetek

Gyakori kérdések