近年來(lái)，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)植物照明的研究越來(lái)越多，LED光源以其特有的優(yōu)勢(shì)，使其在植物照明領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。由于植物生長(zhǎng)對(duì)光環(huán)境的光學(xué)參數(shù)有一定的要求，因此需要有相應(yīng)的測(cè)量技術(shù)及儀器來(lái)精確測(cè)量光環(huán)境的光學(xué)參數(shù)是否符合相應(yīng)植物的生長(zhǎng)需求，以此選擇出合適的光源，確定光源的數(shù)量及排布，根據(jù)植物對(duì)光的合理需求為光源研制應(yīng)用提供適宜的方案。
LED照明產(chǎn)品在用于植物栽培照明時(shí)，不僅要考量其基本的光度、輻射度性能，還需根據(jù)植物的光合作用特性，在光量子系統(tǒng)和植物光度系統(tǒng)中考量植物受照面的光量子密度以及植物光度學(xué)參數(shù)，從而綜合評(píng)價(jià)植物照明光源的性能。
植物照明的關(guān)鍵因素及對(duì)照明產(chǎn)品的要求
首先，光質(zhì)。植物一般依靠葉片中的葉綠素吸收照射光，其吸收波段一般處于藍(lán)光和紅光區(qū)域，如圖1所示。吸收光在植物體內(nèi)經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)換為有機(jī)能量，用以生長(zhǎng)繁殖。因此，對(duì)于植物照明產(chǎn)品，首先應(yīng)考量其吸收波段的輻照度，一般為400nm~500nm藍(lán)光和600nm~700nm紅光波段的輻照度，以及需要確定所選組合植物照明的光譜組成、范圍、峰值波長(zhǎng)和色溫等。
葉綠素a和葉綠素b的吸收譜(引自 CIE 2012）
其次，光密度。植物接受光密度不同，將直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育和結(jié)構(gòu)特征。如光密度減弱時(shí)，會(huì)出現(xiàn)同作物減少，花芽分化推遲、子房發(fā)育不良等現(xiàn)象。由于，植物與人眼對(duì)光譜的響應(yīng)特性不同，人眼對(duì)光的感知量一般在光度系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)測(cè)量，而植物的光合作用則一般在光量子系統(tǒng)和植物光度系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)測(cè)量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)參數(shù)為光量子通量密度（PPFD）。Mc.Cree通過(guò)大量的研究表明在400-700nm之間，用光量子通量密度評(píng)價(jià)光合作用的有效輻射能取得與實(shí)際光生物效應(yīng)符合較好的效果。
再次，光均勻性。由于LED發(fā)光具有較強(qiáng)的方向性，且可能存在空間光色分布均勻性，因此，在大面積種植場(chǎng)合，還應(yīng)考察植物受照面上輻射照度均勻性，以獲得高質(zhì)量的均勻照明環(huán)境。
最后，晝長(zhǎng)。不同植物對(duì)光譜的需求不同，不同生長(zhǎng)階段對(duì)光譜的需求也不同，設(shè)施農(nóng)業(yè)中的人工補(bǔ)光必須遵循植物的光生理特性，才能達(dá)到最佳的補(bǔ)光效果。因此，不僅需要準(zhǔn)確測(cè)量LED光源的光譜組成，還要能夠知悉照度隨時(shí)間變化的情況。
植物生長(zhǎng)用LED照明產(chǎn)品的測(cè)量
以往在植物照明領(lǐng)域，常使用光量子計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，但光譜的匹配實(shí)際很難做到完美匹配，甚至失匹配會(huì)相對(duì)嚴(yán)重，對(duì)測(cè)量精度影響較大。隨著光譜測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，基于光譜法的測(cè)量技術(shù)和設(shè)備也日趨成熟，并逐步應(yīng)用至植物照明檢測(cè)領(lǐng)域。
植物光合作用的光譜相應(yīng)曲線與人眼的光譜光視效率曲線不同，因此在評(píng)價(jià)各種光源的照射效果時(shí)，需按照植物的光譜響應(yīng)曲線評(píng)價(jià)照射效果。而光譜法不僅不存在任何失匹配問(wèn)題，而且可以在全光譜范圍內(nèi)對(duì)照明產(chǎn)品的光質(zhì)、光密度、光照均勻度各方面性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。但一般的光譜測(cè)量存在線性較差和雜散光影響等問(wèn)題，從另一方面限制了測(cè)試精度，也對(duì)測(cè)量設(shè)備提出了新的要求。遠(yuǎn)方手持式SPIC-200 光譜彩色照度計(jì)即可解決上述問(wèn)題。
SPIC-200照度計(jì)解決了傳統(tǒng)照度計(jì)及色度計(jì)的光譜失配困擾，實(shí)現(xiàn)零失配，采用具有國(guó)際專利的SBCT（分光-積分相結(jié)合）技術(shù)，大幅拓寬了光度測(cè)量范圍和提高精度，該方法將積分法和光譜法相結(jié)合，通過(guò)對(duì)光譜測(cè)量絕對(duì)值的精確修正來(lái)提升光譜測(cè)量的線性，以獲得LED植物照明產(chǎn)品準(zhǔn)確的性能參數(shù)，是世界公認(rèn)的光度/輻射度測(cè)量的最高精度的方法。其照度精度保證在4%以內(nèi)，其實(shí)際照度測(cè)量范圍更是擴(kuò)展為0.1lx～200klx，最低可測(cè)量0.1lx， f1’≈0，是當(dāng)今世界同類儀器最高水平。
此外，采用專利的復(fù)變矩陣雜散光校正技術(shù)，使光譜測(cè)量中的雜散光控制能力提高1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，雜散光的影響做到了≤0.3%。
主要技術(shù)指標(biāo)
波長(zhǎng)范圍：380nm～760nm
波長(zhǎng)準(zhǔn)確度：±0.5nm
照度測(cè)量范圍：0.1lx～200klx
照度準(zhǔn)確度：±4%（讀數(shù)+1個(gè)字）
雜散光：≤0.3%
色品坐標(biāo)準(zhǔn)確度：±0.001（相對(duì)于溯源至NIM的穩(wěn)定度優(yōu)于±0.0001的標(biāo)準(zhǔn)光源）
通過(guò)具有空間余弦相應(yīng)的接收頭和智能分析軟件，可以方便實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)之間的換算，準(zhǔn)確獲得相對(duì)光譜功率分布、光合輻照度、光量子密度、色品坐標(biāo)、光照均勻性、峰值波長(zhǎng)、主波長(zhǎng)、各波段輻射照度比、色溫、顯色指數(shù)等參數(shù)。
可測(cè)量一般參數(shù)
1) 相對(duì)光譜功率分布P（λ）
2) 光譜輻照度E（λ）
3) 色品坐標(biāo)：（x，y）、（u，v）、（u’，v’）
4) 相關(guān)色溫Tc
5) 顯色指數(shù)Ra，Ri （i=1～15）
6) 色容差SDCM（麥克亞當(dāng)橢圓、矩形框以及CIE u’v’圓）
7) 峰值波長(zhǎng)、半寬度
8) 色純度，主波長(zhǎng)
9) 紅色比
10) 光照度E、輻射照度Ee
11) 更多測(cè)量功能可定制
可測(cè)量植物照明參數(shù)：
對(duì)于精度要求較高的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，需要體積小巧、測(cè)量速度快的測(cè)量?jī)x器，以便于隨身攜帶、隨時(shí)對(duì)地讀取數(shù)據(jù)。SPIC-200擁有4.2 寸觸控屏、設(shè)計(jì)精巧，極具手機(jī)握感，一鍵操作，一步完成實(shí)地測(cè)量與分析，真正稱得上是數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取，毫秒級(jí)精準(zhǔn)測(cè)量。內(nèi)置大容量SD 移動(dòng)存儲(chǔ)卡、智能操作系統(tǒng)等現(xiàn)代科技，通過(guò)高速WIFI傳輸，可借由智能手機(jī)APP在手機(jī)上以及電腦上顯示各個(gè)參數(shù)，并且數(shù)據(jù)可以通過(guò)excel，jpg等多種格式輸出。
也就是說(shuō)，與光量子測(cè)量?jī)x相比，SPIC-200波長(zhǎng)測(cè)量范圍更寬、測(cè)量精度更高，植物測(cè)量的適用性更廣，可廣泛應(yīng)用于植物工廠、無(wú)土栽培、溫室等植物生長(zhǎng)中光輻射的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。
小結(jié)
LED植物照明產(chǎn)品的性能評(píng)價(jià)涉及多個(gè)計(jì)量系統(tǒng)，評(píng)價(jià)參數(shù)較多，且其光譜較窄，無(wú)論是對(duì)測(cè)試硬件還是軟件，都有較高要求，如光輻射探測(cè)器的匹配問(wèn)題以及光譜測(cè)量的精度等。
LED植物照明廠商以及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)自身或標(biāo)準(zhǔn)要求，以光照對(duì)植物的影響為依據(jù)，選擇合適的測(cè)量方案，全面而客觀地評(píng)價(jià)LED植物照明產(chǎn)品的各項(xiàng)性能，進(jìn)而設(shè)計(jì)植物生長(zhǎng)照明系統(tǒng)或補(bǔ)光方案，做到綠色照明、高效照明。
