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入門篇 植栽第十三講-植物生長燈植物輻射能量和光子通量計算-V2

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photosynthetic photon flux, PPF

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入門篇 植栽第十三講-植物生長燈植物輻射能量和光子通量計算-V2

  1. 1. 植物生長燈具 輻射能量和光子通量 計算 1/Nov/2014 光通平台-植栽
  2. 2. 光通平台-植栽 目前常用的評價植物光照效果的基本測量方法有二種 1. 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation,PAR) 2. 光合作用光子通量( photosynthetic photon flux , PPF) 請參閱第一講相關LED植栽的光量名詞說明 基本測量方法
  3. 3. 光通平台-植栽 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation,PAR) 光合作用有效輻射能量用來表達單位面積內特定 波長區域所輻射的總功率。 使用積分球可直接測出光源的光譜功率密度。 設定積分區間,得到不同波長範圍內的輻射功率 總量,公式如下 Pw 為輻射功率總量, Wλ 為光譜功率密度,W/nm △λ 為數據採集的間隔,使用積分球測量時,取值 1nm。 PwBR 為可見光範圍的總輻射功率,W 光譜能量分佈圖譜 X軸 : 波長 Y軸 : 能量密度 Ushio M59 400瓦燈泡的光譜能量分佈圖譜 得到 400~720波長範圍內的輻射功率總量
  4. 4. 光合作用光子通量 ( photosynthetic photon flux ,PPF) 光通平台-植栽 PPF 定義: 光源在400~700 nm 波長範圍內所發射的每秒光子數; 單位:μmoles/second ,微摩爾/秒 。 PPF 值告訴我們由光源產生 的光子數有多少。 例如植物燈標示 PPF :240μmol/ s ,是指 將所有400~700 nm波長範 圍內的光子加在一起, 就 得到了光合作用光子數量有 240μmol這麼多。
  5. 5. PPF = 1 Jule λi 的光子數: λi/hc PW (λi) Jule 之λi 光子數: : PW (λi) * λi/hc PW (λi) Jule 之λi μmol光子數: PW (λi) * λi/nhc h=蒲朗克常數 =6.626 × 10-34 joules s 1 μmol光子數, n= 6.02x 1017光子 範例: 由光譜能量分佈圖譜可得出 420nm 0.4W 能量 算出此光源在420nm 有 1.4 μmol/s * m2 PPFD = 1.4 μmol/s * m2 計算式 光通平台-植栽 PPF 值為將可見光範圍(400~700nm)波長範圍內的光子加在一起, 就得到了光合作用光子通量(數量)。 See 相關LED植栽的光量名詞說明.pdf
  6. 6. 輻射能量轉換成光子數量 計算 1. E =1.988x10-16/λ= 1.988x10-16/420= 0.04733 × 10-17 Jule --- 一個光子的能量 2. 1 Jule 420nm 光子數=1/0.04733 × 10-17 =21.128 x1017光子 3. 1 umol : X= 6.02x 1017光子 : 21.128 × 1017 ; X=3.51 umole (每瓦) 4. 由光譜能量分佈圖譜可得出 420nm 0.4W 能量 5. 可算出此光源在420nm 有 1.4 umole/(m2*s) 6. 如果對每個波長都進行這樣的轉換,可得到每平方米各波段光子數量分佈圖(右圖)。 光譜能量分佈圖譜 X軸 : 波長 Y軸 : 能量密度 0.4瓦每平方米 光通平台-植栽 光子通量密度分佈圖 X軸 : 波長 Y軸 : PPFD(光合作用光量子流密度) 1.4 umole/(m2*s)
  7. 7. 光通平台-植栽 LED 光譜能量分佈圖 LED 光合作用有效輻射能量 ( photosynthetically active radiation,PAR) 光合作用有效輻射能量用來表達單位面積內特定 波長區域所輻射的總功率。 使用積分球可直接測出光源的光譜功率密度。 設定積分區間,得到不同波長範圍內的輻射功率 總量,公式如下 Pw 為輻射功率總量, Wλ 為光譜功率密度,W/nm △λ 為數據採集的間隔,使用積分球測量時,取值 1nm。 PwBR 為可見光範圍的總輻射功率,W PwB 為藍光部分的輻射功率,W PwR 為紅光部分的輻射功率,W
  8. 8. PPF = LED 光合作用光子通量 , PPF 各個不同波段的光子通量 Unit: μmol/ s umole/(m2*s) UV(300-399) 300 390 Blue(400-490) 400 490 491 600 601 700 701 850 Green(491-600) Red(601-700) Near infrared(701-850) 光通平台-植栽
  9. 9. 看懂植物燈規格 相關數據 光通平台-植栽
  10. 10. 看懂植物燈規格相關數據 光通平台-植栽 315W 陶瓷複金屬燈光譜圖 315W 陶瓷複金屬光子數量圖 PPFD各個不同波段的光子通量 Unit: μmol/s % % % % % % % % % % PPF : 598 µmol/s 1.90 PPF/W (598/315)
  11. 11. 看得懂燈具參數 PPF 光通平台-植栽
  12. 12. 看得懂燈具參數 PPFD 光通平台-植栽 A1 A2 應該補投射面積值
  13. 13. 看得懂燈珠參數 PS-ST-NLAPBG4XX-K0X 光通平台-植栽 PPFD = = 0.74 μmol/s @450nm 0.198 * 450 120 PPF 值(400~510nm), 請參閱page 9 可由光譜能量圖和光子數量圖得出
  14. 14. LED植物燈規格書注意事項 光量 光通平台-植栽 A1 A2 應該補投射面積值
  15. 15. See: USU_spectral_characteristics.pdf 光通平台-植栽
  16. 16. 太陽光譜和各種燈具 光子通量分佈圖 光通平台-植栽
  17. 17. 太陽光譜能量分佈圖譜 光通平台-植栽
  18. 18. 太陽光輻射能量和光子通量 光通平台-植栽
  19. 19. 光通平台-植栽 umole/(m2*s)
  20. 20. 各種燈具之光子通量分佈圖 光通平台-植栽 umole/(m2*s)umole/(m2*s) umole/(m2*s)umole/(m2*s) umole/(m2*s)umole/(m2*s)
  21. 21. 複金屬燈 光譜能量分佈圖譜 光通平台-植栽
  22. 22. 日光燈 光譜能量分佈圖譜 光通平台-植栽
  23. 23. 等離子光源 LEP(Light Emitting Plasma) 光譜能量分佈圖譜 光通平台-植栽
  24. 24. LED白光 光譜能量分佈圖譜 光通平台-植栽
  25. 25. 光量子感測器 光通平台-植栽
  26. 26. 光通平台-植栽 感測器的敏感度曲線 人類眼睛最敏感的光譜約為 555 nm,介於黃-綠光,對藍光區與紅 光區敏感性較差;Photometer 測 量的就是人類眼睛的感覺。我們通 常在測量的 lux 就是 photometer, 是針對人類眼睛的感受來測量的。 但植物則不同,對紅光─藍光光譜 最為敏感,對綠光較不敏感,但是 敏感性的差異不似人眼如此懸殊, Quantum Sensor 才 是 測 量 400~700 nm 的。 (人眼視覺反應) (植物光合作用反應) 植物對光譜的敏感性與人眼不同
  27. 27. (人眼視覺反應) (植物光合作用反應) 光通平台-植栽 植物光合作用有效能量
  28. 28. 光量子感測器 Yield Photon Flux (YPF): photon flux weighted and integrated according to plant response (McCree, 1972a; McCree, 1972b; Inada, 1976; Sager, 1988) 光通平台-植栽 YPF(Yield Photon Flux) 是實際有效 地植物光合作用的光子數量。 由於紅色光子更有效地誘導光合作用 反應,YPF 提供了更多的權重給植物 的靈敏度曲線上的紅色光子。 YPF Spectral Weighting Function Solar Spectral Sunny Day Ideal PAR energy sensor PPF :2000 μmol/s * m2 YPF :1798 μmol/s * m2 Photosynthetic Photon Flux (PPF): photon flux integrated over the 400-700 nm waveband
  29. 29. 各種能量轉換對照表 光通平台-植栽

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