CN115087833A - 受控环境园艺近距种植***中基于流体冷却led的照明器材 - Google Patents

受控环境园艺近距种植***中基于流体冷却led的照明器材 Download PDF

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Abstract

一种照明器材包含框架、散发辐射的一个或多个LED光源、用于接收AC电力并且控制所述一个或多个LED光源的控制电路***，以及用于承载流体冷却剂的冷却剂管。所述照明器材进一步包含套管和端盖，所述管和所述端盖一起形成封闭腔以容纳所述框架、所述LED光源和所述控制电路***。在示例实施方案中，所述套管不物理地接触所述框架、所述LED光源和所述控制电路***。所述腔可进一步容纳空气、气体或真空，所述空气、气体或真空在所述套管与所述LED光源之间形成热屏障以减少从所述LED光源到环境的散热。所述套管可进一步使得所述照明器材在安装在近距种植***中之后相对于支撑结构可旋转地和/或可平移地调整。

Description

受控环境园艺近距种植***中基于流体冷却LED的照明器材
相关申请交叉引用
本申请要求于2019年12月12日提交的标题为“受控环境园艺近距种植***中基于流体冷却LED的照明方法和设备(FLUID-COOLED LED-BASED LIGHTING METHODS ANDAPPARATUS IN CLOSE PROXIMITY GROW SYSTEMS FOR CONTROLLED ENVIRONMENTHORTICULTURE)”的第62/947,538号美国临时申请的优先权，所述美国临时申请以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
受控环境园艺(CEH)(也称为受控环境农业或CEA)是在受控环境中种植植物的过程，其中监测和调整各种环境参数以提高植物的质量和产量。与用于植物栽培的常规方法相比，CEH可提供对植物的全年栽培、对多变的天气条件不敏感且虫害较少的生长环境、不易患病的更健康植物，并且在每株植物基础上消耗较少的资源。CEH***(在本文中也称为“受控农业环境”)通常至少部分地由例如温室、种植室或田地的被覆盖部分之类的建筑物结构封闭，以便对环境条件提供一定程度的控制。CEH***通常包含一个或多个人工照明***以补充和/或替换可能被建筑物结构阻挡或在一年中的某些时间段(例如，冬季)不足的自然光。可以使用各种类型的人工照明***，包含但不限于高强度放电灯、发光二极管(LED)和荧光灯。
发明内容
本发明人已经认识并了解到，CEH***有潜力提供对环境条件的更大控制以提高植物的总体质量和产量，并且使得能够在传统上不适合农业的地点，即，不可开发土地(例如，城市、沙漠、北极地貌、没有淡水源的土地)进行部署。然而，本发明人还认识到，先前的CEH***通常缺乏灵活性以自适应地为正经历不同生长阶段(例如，营养期、开花期)的植物和/或不同植物物种定制环境条件。
例如，CEH***中的人工照明***产生能可观的热量，尤其是当需要较高的光水平(例如，以在开花期照射植物)时。在一些常规的CEH***中，由人工照明***产生的热量直接消散到农业环境中。为了防止环境温度的不合需要的升高，常规的CEH***通常在农业环境内包含调节环境温度的一个或多个空调，从而产生更大的能耗。
在一些情况下，CEH***可以是近距种植***，其中将人工照明***与植物分开的距离在6英寸至72英寸之间。人工照明***与植物之间的近距可降低空调在调节植物紧邻区域内的温度时的有效性。这又可能需要人工照明***在低于期望的光水平下操作，以确保照明***不会过热和/或植物不会暴露于过高的温度。近距种植***的一个实例是竖直生长托架***，其中植物在多个竖直堆叠的托架上生长以在较小占地情况下提供较高密度生长区域。
另外，常规CEH***通常是固定安装，其中人工照明***部署在预定位置和/或定向处，只能通过对CEH***进行实质性修改和/或重新组装来改变所述预定位置和/或定向。因此，每个照明器材通常散发仅照射植物的一侧或一部分且无法容易地调整以照射植物的不同侧或不同部分的辐射。再次回到竖直生长托架***的实例，常规竖直生长托架***中的照明器材通常固定到托架，因此限制照明器材的侧向间隔和定向，并且由此限制入射在植物上的辐射的照明轮廓(例如，辐射的空间和角分布)。对于一些植物，可能需要照射植物的不同侧以模拟在典型白天周期期间由太阳进行的照射。然而，这只能通过在给定人工照明***的固定安装的情况下添加更多照明器材或通过拆卸和重新组装照明***来改变照明器材的位置来实现。
鉴于常规CEH***和照明器材的前述限制，本公开因此涉及用于具有集成流体冷却***的CEH***的基于紧凑型LED的照明器材的各种实施方案，所述集成流体冷却***能够在减少消散到环境的热量的同时实现更高的光水平。
照明器材通常可包含用于机械地支撑一个或多个LED模块的框架。每个LED模块可包含散发具有不同光谱含量的辐射(例如，光电作用辐射或PAR、红外辐射、紫外辐射)以照射一个或多个植物的一个或多个LED光源。所述框架还可以支撑控制电路***(也称为“电路***板”或“处理器”)以为LED模块供电和控制LED模块。控制电路***可以为照明器材的操作提供若干功能，包含但不限于：接收交流电(AC)电力；将直流(DC)电力供应到LED模块；调整LED模块的操作参数(例如，总强度、在特定波长或波长带下的光谱强度、接通或断开LED模块、调整改变总强度或光谱强度的变化率)；以及传输由集成在照明器材内和/或电连接到照明器材的传感器和/或相机(本文中也称为“成像***”)获取的感测数据(例如，照明器材温度、照明器材的操作状态或操作条件)。以此方式，照明器材可以提供集成到单个装置中的照明、电力电子器件和数据通信。在一些实施方案中，控制电路***还可以提供调光器以调整LED模块的辐射输出。例如，在未激活调光器时，调光器可以将辐射强度降低到标称强度的1％。
照明器材可进一步包含一个或多个冷却剂管，所述一个或多个冷却剂管耦合到框架以承载流体冷却剂流以提取由LED模块产生的热量。在一些实施方案中，冷却剂管可以是压配合或挤压配合到沿着框架的一部分形成的相应冷却剂通道中以增加热接触。冷却剂管可由各种材料形成，例如铜，部分原因在于其抗菌性能和防污性能。冷却剂管道可进一步电镀覆有镍。
在一些实施方案中，框架的形状和/或尺寸可被设定成使得冷却剂通道以及由此使得冷却剂管设置在LED模块与控制电路***之间。以此方式，流体冷却剂可提取由LED模块产生的热量，同时减少或在一些情况下防止控制电路***被LED模块加热。换句话说，所述框架可以被构造成在LED模块与控制电路***之间提供热间断或屏障，使得由LED模块产生的热量主要传递到流体冷却剂。
在一些实施方案中，框架可以是支撑LED模块和控制电路***的多个部件的组件。例如，所述框架可以包含用于支撑LED模块的第一框架部件和用于支撑控制电路***的第二框架部件。第一框架部件可包含形成于其中并且可由例如铝的导热材料形成的冷却剂通道，以将由LED模块产生的热量传递到冷却剂管。第二框架部件可由例如塑料之类的电绝缘材料形成，以将控制电路***与照明器材的其它部件电隔离。在一些实施方案中，第一框架部件可以跨越照明器材的长度，而第二框架部件可以仅跨越照明器材的长度的一部分。
第一框架部件还可以具有至少两个侧，所述侧各自具有形成于其中的安装通道以支撑LED模块和第二框架部件。具体地，一个或多个LED模块可以沿着第一框架部件的安装通道中的一个可滑动地定位，并且使用各种耦合机构紧固到第一框架部件，所述耦合机构包含但不限于束线带和紧固件。类似地，支撑控制电路***的第二框架部件也可以沿着第一框架部件的安装可滑动地定位，并且使用例如束线带和/或紧固件耦合到第一框架部件。
在一些实施方案中，LED模块可设置在框架的不同侧上以从照明器材提供双向、三向、四向和/或全向照明。换句话说，LED模块可以被定位和/或定向成在不同方向上散发辐射，所述不同方向具有高达4π球面度的角度分布。这可部分地由具有多个侧的框架来支撑多个LED模块。应当理解，框架仍可以支撑一个或多个冷却剂通道，用于布置成提取从每个LED模块产生的热量的冷却剂管。此外，还应当理解，框架可以具有形成热间断或屏障以减小或在一些情况下防止控制电路***被LED模块加热的结构。
另外，照明器材可进一步包含外壳，例如包围并封闭框架、LED模块、控制电路***和冷却剂管的至少一部分的套管。例如，照明器材可包含跨越照明器材的长度并且限定腔以容纳框架、LED模块、控制电路***和冷却剂管的至少一部分的套管。因此，由LED模块散发的辐射可以透射套管。所述套管可进一步包含第一开放端和第二开放端，所述第一开放端和第二开放端可各自由端盖覆盖，从而密封所述套管的腔。冷却管可穿过每个端盖的相应流体馈通件，并且提供电力和/或数据通信的电缆可被布设穿过端盖中的一个或两个上的电馈通件。
在一些实施方案中，套管和端盖可以充分密封腔以减少或在一些情况下防止灰尘、污垢和/或水的渗入。例如，端盖可以与套管形成防水密封件，以保护设置在套管的腔内的各种部件。在一些实施方案中，防水密封件还可以使照明器材能够浸没在液体(例如，水)中以照射植物(例如，水藻、海藻)。另外，与常规照明器材相比，套管和端盖可提供更易于清洁的平滑外表面，所述表面通常包含用于对流空气冷却(例如，散热片)或用于可制造性(例如，降低照明器材的重量的凹部)的波纹外表面。
在一些实施方案中，套管的形状和/或尺寸可被设定成减少或在一些情况下消除与框架、LED模块、控制电路***和冷却剂管的设置在套管的腔内的部分的物理接触。套管可进一步容纳将套管与设置在其中的各种部件分离以提供隔热屏障的空气、气体(例如，惰性气体，例如氩气或氮气)或真空，所述隔热屏障减少或在一些情况下防止由LED模块产生的热量直接消散到周围环境中。
套管和端盖还可以使照明器材能够可平移地和/或旋转地调整，从而使得用户能够在安装之后改变照明器材的照明轮廓。例如，照明器材可以通过夹持机构(例如，回转接头夹箍)耦合到环境中的支撑结构(例如，托架结构)，所述夹持机构允许照明器材围绕套管的纵向轴线旋转，同时机械地约束其它平移和旋转自由度。在另一实例中，照明器材可通过商用夹箍耦合到支撑结构，所述商用夹箍为套管提供足够的空隙以沿着套管的纵向轴线可滑动地调整。这可以使得能够调整CEH***中的相邻照明器材之间的侧向间隔，特别是在照明器材经由柔性电缆和/或软管彼此电气地且流体地耦合的情况下。在又一实例中，照明器材可以耦合到提供对照明器材的平移和/或旋转调整的机动电子可控的夹持机构。因此，可以调整单个照明器材以提供例如模拟阳光。
套管可以由各种材料形成，包含但不限于玻璃(例如，石英)、聚碳酸酯、丙烯酸和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。套管通常可在各种波长范围中提供大于或等于约80％，并且更优选地大于或等于90％的透射率，所述波长范围包含但不限于紫外、可见光、近红外、中红外和长红外波长范围。取决于用于形成套管1300的材料，可利用各种制造方法，所述方法包含但不限于挤压、注射模塑、吹塑和手动模塑。对于套管1300由多个零件组装的情况，各种耦合机构可用于组装，所述耦合机构包含但不限于搭扣配合、螺钉紧固件、螺栓紧固件、粘合剂、铜焊和焊接。
在一些实施方案中，每个端盖可以是两部分组件，其包含耦合到框架的端盖支撑件和覆盖套管和端盖支撑件的开放端的端盖罩。端盖支撑件和端盖罩可以一起形成将套管耦合到端盖的夹箍。在一些实施方案中，夹箍可以将端盖罩耦合到套管。
在一些实施方案中，由于由LED模块产生的热量，照明器材的框架可在操作期间热膨胀。为了适应框架的长度变化，端盖罩可由柔性材料形成，所述柔性材料随着框架热膨胀(或收缩)而变形。端盖罩的顺应性可进一步确保端盖保持耦合到套管，使得腔保持基本上密封或密封。在一些实施方案中，端盖支撑件可以由刚性塑料或聚合物形成，包含但不限于聚碳酸酯和玻璃填充的聚碳酸酯。在一些实施方案中，端盖罩可以由柔性塑料或聚合物形成，包含但不限于聚氨酯、橡胶和硅酮。
照明器材中的一体式流体冷却***可以实现电力密度明显高于常规照明器材，所述电力密度被定义为电力输入与照明器材的外部长度或体积和/或生长空间的体积的比率。例如，照明器材可以名义上具有约2英寸的宽度(例如，框架或套管的外部宽度)和约48至约96英寸范围内的长度(例如，框架或套管的外部长度)。通常，照明器材的长度可对应于竖直生长托架***中的标准托架长度。照明器材可进一步接收可随照明器材的长度按比例缩放的AC电力。
例如，在约96英寸的长度上，照明器材可以接收大于或等于约175W的AC电力，从而使得照明器材的每单位长度的电力密度大于或等于约1.8W/英寸。如果照明器材进一步具有约2英寸的宽度，则照明器材的每单位体积的电力密度可大于或等于约0.6W/立方英寸。在另一实例中，生长空间的每单位体积的电力密度可大于约5W/立方英尺，对应于约175W的AC电力和具有3.27英尺(即，1m)长侧的立方生长空间体积。这些尺寸可以使得照明器材能够安装在例如竖直生长托架***的近距种植***中。电力输入和由冷却剂管提供的冷却的组合可以使得照明器材能够提供更高的光水平以在稍后生长阶段内照射植物。
照明器材通常可以经由一个或多个电缆接收电力和数据通信。在一些实施方案中，电缆可穿过端盖中的电馈通件。在一些实施方案中，照明器材可以包含一个或多个电力和/或通信端口。电力和/或通信端口可以是各种类型的端口，包含但不限于通用串行总线(USB)端口、以太网电源(PoE)端口、RS-485端口、电力线载波(PLC)端口和无线通信装置(例如，WiFi)。电力可以是在208V至277V之间的电压和15A至30A之间的电流下供应的AC电力。
在一些实施方案中，照明器材可以包含提供电力和数据通信两者的端口。例如，照明器材可包含PLC端口，其通过承载电力和数据信号的单个导体(例如，单个电线)连接到PLC电缆。控制电路***可包含从电力提取数据信号的电子器件。以此方式，单个电缆可连接到照明器材，从而简化了安装。
另外，耦合到照明器材的电缆(在本文中也称为“电缆组件”)可以包含一个或多个小三通管(drop tee)连接器，以提供多个支路以向其它照明器材提供电力和/或数据通信。换句话说，电缆组件可以将电力和数据通信供应到照明器材阵列，从而进一步简化安装。在一些实施方案中，电缆组件可以是模块化配置，其中多个小三通管连接器和电缆可以基于连接在一起的照明器材的数目而耦合在一起。
各种传感器可以集成到照明器材中和/或以通信方式耦合到照明器材，所述传感器包含但不限于：用于监测LED模块温度的光温传感器、用于测量进入照明器材的冷却剂管的流体冷却剂温度的冷侧流体冷却剂温度传感器、用于测量离开照明器材的冷却剂管的流体冷却剂的温度的热侧流体冷却剂温度传感器、环境空气温度传感器、相对湿度传感器、二氧化碳传感器、空气速度传感器，以及相机。
在一个示例性实施方案中，用于农业环境的基于流体冷却LED的照明器材包含：框架，其具有冷却剂通道；至少一个LED光源，其耦合到所述框架以散发辐射；控制电路***，其耦合到所述框架并且电耦合到所述至少一个LED光源，以接收AC电力并且控制所述至少一个LED光源；套管，其限定具有第一开放端和第二开放端的腔，其中所述腔容纳所述框架、所述至少一个LED光源和所述控制电路***，并且所述辐射能透射所述管；第一端盖，其设置在所述套管的所述第一开放端处并且耦合到所述框架；第二端盖，其设置在所述套管的所述第二开放端处并且耦合到所述框架，其中所述第一端盖和所述第二端盖封闭所述套管的所述腔；以及冷却剂管，其至少部分设置在所述框架的所述冷却剂通道中并且热耦合到所述冷却剂通道，以承载在所述照明器材的操作期间提取由所述至少一个LED光源产生的热量的流体冷却剂，其中所述冷却剂管穿过所述第一端盖中的第一流体馈通件并且穿过所述第二端盖中的第二流体馈通件。
在另一个示例性实施方案中，基于流体冷却LED的照明器材包含框架，所述框架具有第一框架部件和第二框架部件，所述第一框架部件具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中第二侧具有形成于其中的冷却剂通道，所述第二框架部件耦合到第一框架部件的第二侧。所述照明器材进一步包含：至少一个LED光源，其耦合到所述第一框架部件以散发辐射；控制电路***，其耦合到所述第二框架部件并且电耦合到所述至少一个LED光源以接收AC电力并且控制所述至少一个LED光源；以及冷却剂管，其至少部分设置在所述第一框架部件的所述冷却剂通道中并且热耦合到所述冷却剂通道以承载提取由所述至少一个LED光源产生的热量的流体冷却剂。第一框架部件将至少一个LED光源产生的热量传导到冷却剂管，并且第二框架部件将控制电路***与第一框架部件电隔离。
在另一示例性实施方案中，基于流体冷却LED的照明器材包含：框架，其具有冷却剂通道；至少一个LED光源，其耦合到所述框架以散发辐射；控制电路***，其耦合到所述框架并且电耦合到所述至少一个LED光源，以接收电力输入并且控制所述至少一个LED光源，其中所述电力输入大于或等于约175W；以及冷却剂管，其至少部分地设置在所述框架的所述冷却剂通道中并且热耦合到所述冷却剂通道，以承载在所述照明器材操作期间提取由所述至少一个LED光源产生的热量的流体冷却剂。所述框架、所述至少一个LED光源、所述控制电路***和所述冷却剂管的至少一部分的尺寸被设置成配合在具有约2英寸的外部直径和约96英寸的外部长度的套管内。
在另一示例性实施方案中，用于农业环境的基于流体冷却LED的照明器材包含：框架，其具有冷却剂通道；至少一个白色LED光源，其耦合到所述框架以第一强度散发光合有效辐射(PAR)；控制电路***，其耦合到所述框架并且电耦合到所述至少一个白色LED光源以接收电力输入并且控制所述至少一个白色LED光源，其中所述电力输入大于或等于约175W，并且所述控制电路***包含调光器以将PAR的第一强度可控地降低到小于所述第一强度的第二强度；套管，其限定具有第一开放端和第二开放端的腔，其中所述腔容纳所述框架、所述至少一个白色LED光源和所述控制电路***，并且进一步容纳将所述套管与所述框架、所述至少一个白色LED光源和所述控制电路***分离以形成热屏障的所述空气、气体或真空中的一者，所述热屏障减少在所述照明器材操作期间由所述至少一个白色LED光源产生的热量传递到所述农业环境；第一端盖，其设置在所述套管的所述第一开放端处并且耦合到所述框架；第二端盖，其设置在所述套管的所述第二开放端处并且耦合到所述框架，所述第一端盖和所述第二端盖封闭所述套管的所述腔；以及冷却剂管，其至少部分设置在所述框架的所述冷却剂通道中并且热耦合到所述冷却剂通道，以承载在所述照明器材的操作期间提取由所述至少一个白色LED光源产生的热量的流体冷却剂，所述冷却剂管穿过所述第一端盖中的第一流体馈通件并且穿过所述第二端盖中的第二流体馈通件。所述辐射也能透射所述套管，并且所述套管具有约2英寸的外部直径和约96英寸的外部长度。
应了解，下文更详细地论述的前述概念和额外概念的所有组合(前提是此类概念不会相互不一致)预期是本文中所公开的发明性主题的一部分。特别地，出现在本公开的结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文所公开的发明主题的一部分。还应了解，本文中明确使用的还可能出现在以引用的方式并入的任何公开内容中的术语应被赋予最符合本文公开的特定概念的含义。
附图说明
所属领域的技术人员将理解，附图主要是用于说明性目的且并非意图对本文所述的发明性主题的范围进行限制。附图未必按比例绘制；在一些情况下，本文公开的发明主题的各个方面可在附图中夸大或放大地示出以助于理解不同特征。在附图中，相同的参考特性通常指代相同的特征(例如，功能上类似和/或结构上类似的元件)。
图1A示出使用一个或多个HPS灯的常规受控农业环境。
图1B示出使用一个或多个基于常规LED的照明器材的常规受控农业环境。
图1C示出根据本公开的一些实施方案的将一个或多个基于流体冷却LED的照明器材改装到预先存在环境中的示例性受控农业环境。
图1D示出根据本公开的一些实施方案的将一个或多个基于流体冷却LED的照明器材耦合到循环加热冷却***的示例性受控农业环境。
图2A示出具有管外壳的示例性基于流体冷却LED的照明器材的底部透视图。
图2B-1示出图2A的照明器材的第一部分的前视图。
图2B-2示出图2B-1的照明器材的第二部分的前视图。
图2C-1示出图2B-1的照明器材的第一部分的底视图。
图2C-2示出图2B-2的照明器材的第二部分的底视图。
图2D示出图2A的照明器材的右侧视图。
图2E示出图2A的照明器材的分解底部透视图。
图2F示出图2A的照明器材的分解顶部透视图。
图2G示出图2A的照明器材的另一分解底部透视图。
图2H示出图2A的照明器材的另一分解顶部透视图。
图2I示出图2A的照明器材对应于图2B-2的平面A-A的剖视图。
图3示出图2A的照明器材中的框架和管的顶部透视图。
图4A示出图2A的照明器材中的端盖的顶部透视图。
图4B示出图4A的端盖带有商用夹箍的左侧视图。
图4C示出耦合到图2A的照明器材中的框架和管的端盖在第一温度下的侧视图。
图4D示出了耦合到图4C的照明器材中的框架和管的端盖在大于第一温度的第二温度下的侧视图，其中框架经历热膨胀。
图5A示出图4A的端盖中的端盖支撑件的顶部透视图。
图5B示出图5A的端盖支撑件的左侧视图。
图5C示出图5A的端盖支撑件的俯视图。
图5D示出图5A的端盖支撑件的前视图。
图6A示出图4A的端盖中的端盖罩的顶部透视图。
图6B示出了图6A的端盖罩的底部透视图。
图6C示出图6A的端盖罩的右侧视图。
图6D示出图6A的端盖罩的俯视图。
图6E示出图6A的端盖罩的前视图。
图7A示出了具有四排LED光源的示例性LED模块的底部透视图。
图7B示出图7A的LED模块的底视图。
图7C示出图7A的LED模块的俯视图。
图7D示出图7A的LED模块的后视图。
图7E示出图7A的LED模块的右侧视图。
图8A示出了具有两排LED光源的示例性LED模块的底部透视图。
图8B示出图8A的LED模块的底视图。
图8C示出图8A的LED模块的俯视图。
图8D示出图8A的LED模块的后视图。
图8E示出了图8A的LED模块的右侧视图。
图9A示出图2A的照明器材中的控制电路***的顶部透视图。
图9B示出图9A的控制电路***的俯视图。
图9C示出图9A的控制电路***的底视图。
图9D示出图9A的控制电路***的前视图。
图9E示出了图9A的控制电路***的右侧视图。
图10A示出用于将图2A的照明器材耦合到托架的示例性安装夹箍。
图10B示出另一示例性安装夹箍。
图10C示出用于将图2A的照明器材耦合到托架的示例性束线带。
图11A示出图9A的控制电路***的框图。
图11B-1示出对应于图9A的控制电路***的电路图的第一部分。
图11B-2示出对应于图9A的控制电路***的电路图的第二部分。
图11B-3示出对应于图9A的控制电路***的电路图的第三部分。
图11B-4示出对应于图9A的控制电路***的电路图的第四部分。
图12A示出根据本公开的一些实施方案的图9A的控制电路***中的各种电气部件的电路图。
图12B示出图12A的控制电路***中的偏置和控制电源的电路图。
图12C示出任选DC-DC转换器的电路图。
图12D示出图12A的控制电路***中的AC线传感器的电路图。
图12E示出图12A的控制电路***中的数字信号处理器(DSP)的电路图。
图12F示出了图12A的控制电路***中的温度传感器电路***的电路图。
图12G示出了图12A的控制电路***中的升压电路的电路图。
图12H示出图12A的控制电路***中的另一升压电路的电路图。
图12I示出了图12A的控制电路***中的电力耦合器和PLC模块的电路图。
图13A-1示出具有管外壳的另一示例性照明器材的第一部分的俯视图。
图13A-2示出图13A的照明器材的第二部分的俯视图。
图13B示出安装到设置在图13A-1和13A-2的照明器材中的管内的框架的LED模块的底部透视图。
图13C示出安装到图13A-1和13A-2的照明器材中的套管和管的第二端盖的顶部透视图。
图13D示出图13C的照明器材的顶部透视图，其中去除了电缆和馈通连接器。
图13E示出图13A-1和13A-2的照明器材中的框架和LED模块的右侧视图。
图14示出提供双向照明(株间照明(interlighting))的另一示例性照明器材的横截面视图。
图15A示出具有RS-485端口的示例性照明器材的右侧视图。
图15B示出具有通用串行总线(USB)端口的示例性照明器材的右侧视图。
图15C是具有以太网供电(PoE)端口的示例性照明器材的右侧视图。
图16A示出具有旗型连接器的另一示例性电缆组件的透视图。
图16B示出图16A的电缆组件的侧视图。
图16C示出图16A的电缆组件馈送通过图2A的照明器材中的端盖的放大视图。
具体实施方式
下文更详细地描述了与用于近距种植***的基于流体冷却LED的照明器材相关的各种概念和其实施方案。应当理解，可以以多种方式来实现上面介绍的和下面将更详细讨论的各种概念。特定实施方案和应用的实例主要出于说明性目的而提供，以便使本领域技术人员能够实践对本领域技术人员显而易见的实施方案和替代方式。
以下描述的附图和示例实施方案并不旨在将本发明的实施方案的范围限制为单个实施例。通过互换所描述或所示元件的一些或全部，其它实施方案也是可能的。此外，在可以使用已知部件部分或完全实现所公开示例实施方案的某些元件的情况下，在一些情况下，仅描述了此类已知部件的对于理解本实施方案所必需的那些部分，并且省略了对此类已知部件的其它部分的详细描述，以免混淆本实施方案。
在下文的论述中，提供本发明的照明器材的各种实例，其中给定实例或一组实例展示框架、LED模块、控制电路***、套管和端盖的一个或多个特定特征。应了解，结合照明器材的部件的给定实例论述的一个或多个特征可以在根据本公开的照明器材的其它实例中采用，使得本文所公开的各种特征可以在根据本公开的给定***中容易地组合(前提是相应特征不相互矛盾)。
本文使用术语“大约”、“约”、“基本上”和/或“类似”来描述照明器材的某些尺寸和特征。如本文所使用，术语“大约”、“约”、“基本上”和/或“类似”指示所描述的尺寸或特征中的每一个不是严格界限或参数，并且不排除其功能上类似的变化形式。除非上下文或描述另外指示，否则结合数值参数使用术语“大约”、“约”、“基本上”和/或“类似”指示数值参数包含使用本领域所接受的数学和工业原理(例如，舍入、测量或其它***误差、制造公差等)的变型，不会改变最低有效数字。
基于流体冷却LED的照明器材
受控环境园艺(CEH)(也称为受控环境农业或CEA)是植物在受控环境中生长的过程，其中监测和调整例如照明、温度、湿度、营养水平和二氧化碳(CO2)浓度等各种环境参数以提高植物的质量和产量。与常规的植物栽培方法相比，CEH可以实现植物的全年生产、对多变的天气条件不敏感、减少病虫害以及减少每株植物消耗的资源量。另外，CEH的一般概念可以应用于各种类型的种植***，包含但不限于基于土壤的***和水培***。
受控农业环境通常至少部分地由例如温室、种植室或田地的被覆盖部分之类的建筑物结构封闭，以便对环境条件提供一定程度的控制。在这种受控农业环境中，常常使用一个或多个人工照明***来补充和/或替换可能被建筑物结构遮挡或在一年中的某些时间段(例如，冬季)不足的自然光。人工照明***的使用还可以提供又一控制度量，其中可以定制照明***的强度和光谱特性以提高植物的光合速率。可以使用各种类型的人工照明***，包含但不限于高强度放电灯、发光二极管(LED)和荧光灯。
然而，人工照明***产生热量，当热量消散到环境中时可明显地造成受控农业环境的冷却负载。为了适应较高冷却负载，并且由此将受控农业环境维持在所需温度范围内，冷却***的冷却量可能需要增加，从而产生更大的能耗。对于可变能量预算的受控农业环境，更高的能耗可能产生更高的能源成本。替代地，对于固定能量预算的受控环境，可由冷却***消耗能量预算的较大部分，从而减少可用于支持较大生长区域的能量和容量。
为了说明由人工照明***产生的余热对能耗的影响，图1A示出具有一个或多个高压钠(HPS)灯10的常规受控农业环境20a，所述HPS灯是用于照射多个植物900的特定类型的高强度放电灯。图1A中示出的示例性受控农业环境20a进一步包含用于管理环境的相对湿度的除湿器65和空调85，所述空调可包含风扇线圈、压缩机和冷凝器。空调85的能耗通常取决于(1)环境的总冷却负载和(2)空调85的能效比(EER)。空调的EER被定义为在给定操作点处的冷却量(以瓦特为单位)与输入功率(以瓦特为单位)的比率。EER是在35℃(95°F)的外部温度和26.7℃(80°F)的内部(回风)温度以及50％的相对湿度下计算的。EER越高指示空调85的效率越高。
如图1A所示，HPS灯10可能通过(1)将热量对流和/或辐射地直接消散到环境中以及(2)增加环境的相对湿度并且由此增加电力输入和由除湿器65产生的所得热量来增加环境的冷却负载。此示例性受控农业环境中的冷却负载为约1315W。对于范围为3至7的EER，空调的输入功率因此分别在450W至190W的范围内。基于对1009W的HPS灯10和265W的除湿器65的输入功率，空调85因此消耗总能量预算的约13％和26％，分别对应于为7和3的EER。此外，由HPS灯10消散的热量可能导致环境中明显较大的温度差异，在一些情况下，这可能会影响不同生长区域的温度(例如，空调85可使一个生长区域变得太冷，以便补偿在另一个生长区域中消散的热量)。
所产生的热量的量可以取决于所使用的照明***的类型而变化。然而，用于受控农业环境的人工照明***可能具有大功率输入(例如，大于1000W)，以便维持期望水平的光合有效辐射(PAR)和/或可在受限空间(例如，近距种植***)中操作。因此，由各种类型的照明***产生的热量仍可以构成环境内产生的热量的大部分。
在另一实例中，图1B示出常规受控农业环境20b，其中一个或多个基于常规LED的照明器材12A和12B照射多个植物900。在受控农业环境20b中，基于LED的照明器材12A和12B主要经由对流来消散热量，这可以减少电力输入和由除湿器65产生的热量。在此实例中，总冷却负载为约1210W。对于范围为3至7的EER比率，空调85的输入功率在405W至175W的范围内。与受控农业环境20a相比，基于LED的照明器材12A和12B降低受控农业环境20b的总能量预算。然而，对于为7和3的EER比率，由空调85使用的能量的比例保持与第一实例类似，分别为约13％和25％。
如两个示例性受控农业环境20a和20b所示，人工照明***可产生大量热量，这可导致空调***在受控农业环境中消耗总能量预算的相当大部分。此外，由人工照明***产生的热量以不受控的方式直接消散到环境中，从而使得调节环境的温度更具挑战性。
出于这些原因，本文中所公开的照明器材利用LED光源与一体式流体冷却的***组合来降低总能量预算，以提取由LED光源产生的热量的相当大部分。以此方式，可通过照明器材传递到环境的热量可基本上减少或在一些情况下消除，从而减少冷却负载。在一些实施方案中，较低冷却负载可以减少受控农业环境中任何空调***的能量输入。然而，应了解，在其它实施方案中，冷却负载可减少到使得空调***可从受控农业环境中消除的程度。
图1C示出受控农业环境2000A(在本文中也称为CEH***2000A)的示例性实施方案，其中将基于流体冷却LED的照明器材1000改装到包含除湿器65和空调85的预先存在环境中。虽然在图1C中未明确示出，但环境可以至少部分由容纳多个植物900、一个或多个照明器材1000和其它设备的建筑物结构构成。照明器材1000由流体冷却剂800冷却，所述流体冷却剂循环通过循环加热冷却***501的流体冷却剂回路570。由流体冷却剂800承载的热量通过位于受控农业环境2000A外部的冷却塔557(即，散热装置)去除。冷却剂回路570可包含一个或多个泵、调节器和/或阀555以控制流体冷却剂回路570中的流体冷却剂800的流动。
如图1C所示，泵、调节器和/或阀555可产生流体冷却剂800的流动，所述流体冷却剂以较冷温度TC进入照明器材1000，并且以较热温度TH离开照明器材1000a。流体冷却剂800的温度上升部分地归因于流体800在通过照明器材1000时的对流加热，其中热量主要由照明器材1000中的一个或多个LED模块产生。
流体冷却剂800因此可捕获和传递由照明器材1000产生的热量，这大大减少环境的冷却负载，并且因此减少到空调85和/或除湿器65的电力输入。如图1C所示，受控农业环境2000A的冷却负载为约635W，其为受控农业环境20a和20b中的冷却负载的大约50％。对于范围为3至7的EER，空调的输入功率因此分别在210W至90W的范围内。基于1009W的照明器材1000和160W的除湿器65的输入功率，空调85因此消耗总能量预算的约7％和15％，分别对应于为7和3的EER。另外，消散到环境的热量也可以显著减少，因此减少环境中的较大温度梯度。
尽管图1C中示出了冷却塔557以提供对加热的流体冷却剂800的蒸发冷却，但应了解，可以使用其它类型的散热装置来从流体冷却剂800中去除热量。散热装置的一些实例包含但不限于各种类型的蒸发冷却器、“释放”冷却器、制冷机、干式冷却器、空气源冷却器、地源热交换器、水源热交换器或前述的任何组合。
在另一实例中，图1D示出示例性受控农业环境2000B，其中照明器材1000耦合到循环加热冷却***501中的冷却剂回路570。循环加热冷却***501包含多个流体电路700A和700B，其通过利用由照明器材1000产生的废热作为热源，调节和/或维持受控农业环境2000B的各个部分和/或受控农业环境2000B附近的空间(例如，热水池、生长区域)的温度。冷却剂回路570可以从照明器材1000和其它环境源(例如，除湿器65、环境空气)接收热量。在操作受控农业环境2000B时，可基本上去除环境中产生的这种余热以进一步改进节能。在一些实施方案中，冷却负载可被充分地减小，以便完全消除空调***(即，不存在空调风扇线圈、压缩机或冷凝器)。
如图1D所示，受控农业环境2000B可包含除湿器65以调节环境的相对湿度。冷却剂回路570可以将由照明器材1000加热的流体冷却剂800引导到除湿器65中，以类似于从照明器材1000去除热量的对流方式进一步去除由除湿器65产生的热量。冷却剂回路570接着可将流体冷却剂800引导到流体电路700A和700B，所述流体电路可分别用于加热多个植物900和热水池。在冷却塔557去除流体冷却剂800中的剩余热量之前，冷却剂回路570可以通过一个或多个阀502以受控方式分配和引导加热的流体冷却剂800。
在一些实施方案中，循环加热冷却***501也可用于调节周边环境本身的温度。例如，当流体冷却剂800使用热交换器(未示出)流动通过循环加热冷却***501时，循环加热冷却***501可用于对受控农业环境2000B进行对流和/或辐射加热。此外，应了解，在其它实施方案中，CEH***还可消除除湿器65。因此，冷却剂回路570可仅穿过照明器材1000和流体电路700A和700B。
用于近距种植***的流体冷却的照明器材
在一些实施方案中，受控农业环境和/或CEH***可包含近距种植***，以提供使用有限空间对各种作物的高密度栽培。近距***可基于照明器材与植物之间的距离而不同于其它种植***，所述距离可在约6英寸与约72英寸之间。近距种植***可包含但不限于托架式CEH***(也称为“堆叠式CEH***”或“搁板式CEH***)”、竖直CEH***(例如，部署在城市环境中，例如建筑物内部)、水下CEH***(例如，在水箱、海洋或淡水源中生长的植物)，以及前述的任何组合(例如，部署在水下用于水藻或海藻栽培的竖直CEH***)。
图2A-2I示出被配置成用于近距种植***的示例性照明器材1000a的若干视图。然而，应了解，照明器材1000a也可以部署在其它类型的种植***中。如图所示，照明器材1000a可包含框架1004，以为照明器材1000a的各种部件提供机械支撑。例如，图2C-1和2C-2示出框架1004可以支撑LED模块410a-1、410a-2、410a-3和410a-4(在本文中统称为LED模块410a)。LED模块410a中的每一个可散发辐射(例如，PAR)以照射CEH***中的一个或多个植物。框架1004还可以支撑控制电路***90(也称为“处理器90”)以为LED模块410a供电和控制LED模块。框架1004可包含冷却剂通道1220以支撑冷却剂管1006，所述冷却剂管通过照明器材1000a承载流体冷却剂(例如，流体冷却剂800)流以消散由LED模块410a产生的热量。
图2A-2C-2进一步示出照明器材1000a可包含套管1300，所述套管限定腔1302以容纳框架1004、LED模块410a、控制电路***90和冷却剂管1006的一部分。由LED模块410a散发的辐射可以透射套管1300。套管1300可进一步包含第一开放端1304a和第二开放端1304b。第一端盖1320a可以耦合到套管1300和框架1004以覆盖第一开放端1304a。类似地，第二端盖1320b可以耦合到套管1300和框架1004以覆盖第二开放端1304b。如图2B-1和2B-2所示，所述冷却剂管1006可布设穿过和/或穿过端盖1320a和1320b，使得所述冷却剂管1006的相应端部从第一端盖1320a和第二端盖1320b伸出。另外，将电力和/或通信提供到照明器材1000a的一个或多个电缆可以耦合到设置在端盖1320a和1320b中的一个或两个上或布设穿过端盖1320a和1320b中的一个或两个的通信端口(未示出)。
套管1300与端盖1320a和1320b的组合可以大体上封闭框架1004、LED模块410a、控制电路***90和冷却剂管1006的一部分并将这些与周围环境分离。因此，照明器材1000a的外部尺寸可以主要由套管1300的尺寸限定。在一些实施方案中，套管1300的横截面可具有约2英寸的外部宽度。在一些实施方案中，套管1300的长度，并且通过延伸，照明器材1000a可以符合竖直生长托架***中的托架和/或托架支撑结构的标准化长度。因此，套管1300的长度可以是约48英寸或约96英寸。然而，应了解，套管1300的长度可大体上在约48英寸与约96英寸之间。
在一些实施方案中，套管1300的尺寸可以使得套管1300的侧面和/或边缘不物理地接触框架1004、LED模块410a、控制电路***90和/或冷却剂管1006的一部分(例如，参见图2I)。套管1300可以进一步填充有空气或气体(例如，氩气、氮气)，或者可以被抽空。因此，设置在套管1300的侧面与照明器材1000a的内部部件，特别是LED模块410a之间的空气、气体或真空可以充当隔热屏障，所述隔热屏障减少或在一些情况下消除通过套管1300到周围环境的散热。
在一些实施方案中，框架1004的长度和/或重量可以足够大以使得框架1004(例如在其中心点处)向下下垂。为了防止框架1004接触套管1300，照明器材1000a可包含沿着框架1004的长度以递增距离设置的间隔物(未示出)，以使框架1004定位成减少或在一些情况下防止框架1004与套管1300之间的物理接触。间隔物形状和/或尺寸可被设定成围绕框架1004的至少一部分配合并且物理地接触套管1300。间隔物可由隔热材料形成，所述隔热材料包含但不限于聚碳酸酯和泡沫聚苯乙烯，以确保LED模块410a保持与套管1300周围的接近环境隔热。
通常，套管1300可以具有各种横截面形状，包含但不限于圆形、椭圆形、半圆形、多边形以及前述的任何组合。在一些实施方案中，套管1300可优选地具有圆形横截面形状(即，套管1300可具有圆柱形形状)。端盖1320a和1320b还可以具有与套管1300一致的圆柱形几何形状。圆柱形套管1300的平滑外表面可使得更容易清洁和/或维护照明器材1000a。
套管1300的圆柱形几何形状还可以允许使用例如图10A和10B所示的夹箍1370a和1370b之类的标准商用夹箍将照明器材1000a耦合到支撑结构(例如，托架结构)。如图所示，夹箍1370a和1370b可成形为缠绕在套管1300和/或端盖1320a和1320b周围，并且使用穿过设置在夹箍1370a和1370b的相对端上的开口1372***的紧固件(即，开口1372与托架结构上的开口对准)耦合到托架结构。替代地，照明器材1000a可使用如图10C所示的束线带1370c耦合到支撑结构。类似于夹箍1370a和1370b，束线带1370c可缠绕在套管1300和/或端盖1320a和1320b的至少一部分周围，馈送通过托架上的开口，并且随后收紧以将照明器材1000a固定到托架。
套管1300的圆柱形几何形状还可以使照明器材1000a在安装后更易于进行旋转和/或平移调整。例如，商用夹箍1370a或1370b可以与套管1300形成小间隙或空隙，使得照明器材1000a悬挂在植物上方而不被紧紧地约束(例如，参见图4B)。这有可以允许套管1300，并且通过延伸，LED模块410a例如围绕套管1300的纵向轴线1301旋转和/或沿着纵向轴线1301滑动地移位，只要夹箍1370a或1370b保持与套管1300和/或端盖1320a和1320b接触。
更一般地，照明器材1000a可以经由不同的耦合机构耦合到支撑结构，所述耦合机构提供一个或多个自由度用于调整，所述耦合机构包含但不限于销接头(例如，回转接头夹箍)、滑块接头(例如，安装到设置在支撑结构内带有槽形开口的端盖1320a和1320b上的杆或销)，以及前述的任何组合。在一些实施方案中，照明器材1000a的位置和/或定向可以由用户手动调整或经由机械地耦合到耦合机构并且受电控制的电机调整。
对照明器材1000a的位置和/或定向的调整可以为受控农业环境提供若干益处。
第一，照明器材1000a可以照射植物的不同侧和/或不同部分。例如，可以连续地改变照明器材1000a的位置和/或定向，以模拟在典型白天周期期间由太阳进行的照射。
第二，照明器材1000a的位置和/或旋转调整可以提供调整照射植物的辐射的量或强度的机构。例如，照明器材1000a可以朝向或远离植物旋转以分别增加或减少在入射到植物上的辐射强度。应了解，照明器材1000a并且具体地说，控制电路***90还可包含调光器以进一步调整入射到植物上的散发辐射的强度，这将在下文更详细地描述。
第三，CEH***可包含照明器材1000a的阵列。如果每个照明器材1000a可旋转和/或可平移地调整，则可以在安装之后调整照明器材1000a之间的侧向间隔和/或相对定向。这可以允许通过组合从多个照明器材1000a散发的辐射而改变和/或定制入射到特定生长区域上的辐射的量或强度，而不必拆卸和重新安装照明器材1000a。例如，当植物处于植物生长阶段时，可能增加照明器材1000a之间的侧向间隔以减小辐射的强度是优选的。当植物处于开花生长期时，可能减小侧向间隔以便增加入射到植物上的辐射的强度是优选的。在另一实例中，生长区域可包含处于不同生长阶段的植物，其中一些植物可能是幼苗，并且其它植物可能完全成熟并准备好进行收割。当收割植物时，可以将新的幼苗种植在其位置。因此，可以周期性地调整照明器材1000a的位置和/或定向，以改变入射到生长区域的特定部分上的辐射的量或强度(例如，成熟度越高的植物辐射越大，成熟度越低的植物辐射越小)。
在一些实施方案中，可以沿着笔直轴线形成和/或挤压套管1300(例如，套管1300成形为适当的圆柱体)。在一些实施方案中，套管1300和/或腔1302可以是弯曲的，使得第一开放端1304a和第二开放端1304b不平行对准。在一些实施方案中，套管1300可以具有多于两个开放端(例如，Y形套管、X形套管)，并且框架1004和/或LED模块410a可以相应地设置在套管1300的不同区段内。
如上文所描述，由LED模块410a散发的辐射以及由植物或环境中的另一物体散发的辐射可以透射套管1300，以供集成到照明器材1000a中的传感器和/或相机进行检测。通常，套管1300在各种波长范围中的透射率可大于或等于约80％，并且更优选地大于或等于90％，所述波长范围包含但不限于紫外、可见光、近红外、中红外和长红外波长范围。在一些实施方案中，套管1300可以由具有足够机械强度的材料形成，以承受腔1302与至少1atm环境(例如，在套管1300被抽空的情况下)之间的压差。套管1300可以由各种材料形成，包含但不限于玻璃(例如，石英)、聚碳酸酯、丙烯酸和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
图2G和2H示出照明器材1000a中的框架1004可以是两部分组件。具体地说，框架1004可包含支撑LED模块410a的第一框架部件1200a和支撑控制电路***90的第二框架部件1200b。应了解，在其它实施方案中，框架1004可以是支撑LED模块410a和控制电路***90两者的单个部件。
通常，第一框架部件1200a可以跨越套管1300的长度，并且因此提供耦合到端盖1320a和1320b的特征。因此，冷却剂管1006可直接耦合到第一框架部件1200a。因此，在一些实施方案中，第一框架部件1200a可以充当热导管以将热量从LED模块410a传导到冷却剂管1006。第一框架部件1200a可由各种热传导材料形成，包含但不限于铝、铜、不锈钢和碳钢。在LED模块410a产生较少热量(例如，更高效的LED、LED散发较低强度的辐射)的实施方案中，第一框架部件1200a可由其它各种陶瓷、聚合物和/或复合材料形成，包含但不限于聚乙烯、丙烯酸和陶瓷。
第二框架部件1200b可基于控制电路***90的几何形状而设定尺寸和/或形状。在一些实施方案中，第二框架部件1200b可以比第一框架部件1200a短，因此仅占据套管1300的腔1302的一部分。第二框架部件1200b还可以使控制电路***90与照明器材1000a的其它部件，例如第一框架部件1200a电绝缘或在一些情况下电隔离。第二框架部件1200b可由各种电绝缘材料形成，包含但不限于塑料(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、PMMA)。
取决于用于形成第一框架部件1200a和第二框架部件1200b的材料，可利用各种制造方法，包含但不限于成型、挤压、压制、研磨、注射模塑和手动模塑。
图3示出第一框架部件1200a的放大视图。如图所示，第一框架部件1200a可以具有带安装通道1204a以支撑LED模块410a的第一侧1202a。安装通道1204a可由第一侧1202a上的脊部1206a限定和/或侧接。在组装期间，LED模块410a可以沿着安装通道1204a可滑动地定位，并且使用例如通过形成于第一框架部件1200a中的开口1214缠绕在每个LED模块410a的相对端上的一个或多个束线带1210a固定到第一框架部件1200a。图2C-1和2C-2示出LED模块410a-1至410a-4可各自设置在安装通道1204a内并且沿着第一框架部件1200a的长度均匀地分布。如下文将更详细地论述，LED模块410a可包含印刷电路板(PCB)411，其也可使用例如热膏附接到第一框架部件1200a。
第一框架部件1200a还可以具有与第一侧1202a相对的第二侧1202b。具体地说，第一框架部件1200a可包含一对弯曲形状肋1216，其从第一侧1202a的一部分在安装通道1204a附近向下延伸。肋1216的自由端可限定第二侧1202b的一部分。第一框架部件1200a可进一步包含侧肋1218，所述侧肋从脊部1206a向下延伸以限定第二侧1202b的另一部分。如图2I和3所示，侧肋1218的端部可以各自限定安装通道1204b以支撑和/或可滑动地耦合到第二框架部件1200b。
第二框架部件1200b可以使用一个或多个机械耦合机构紧固到第一框架部件1200a，所述机械耦合机构包含但不限于束线带、螺钉紧固件、螺栓紧固件、固定夹和夹箍。另外，安装通道1204b可以提供开口，每个开口接收紧固件1324以将端盖1320a和1320b耦合到第一框架部件1200a。更一般地，端盖1320a和1320b可以使用各种耦合机构耦合到框架1004，所述耦合机构包含但不限于束线带、螺钉紧固件、螺栓紧固件、固定夹和夹箍。
应了解，与控制电路***90相关联的其它电路***可耦合到第一框架部件1200a。例如，图2F示出经由束线带1210b直接安装到肋1216的电源板91。电源板91可以将布设穿过端盖1320a或1320b的端口和/或电缆一起电连接到控制电路***90。在一些实施方案中，第二框架部件1200b可以定位在端盖1320a或1320b中的一个附近，使得控制电路***90可以直接连接到电端口、布设穿过端盖1320a或1320b的电缆，或电源板91。
在一些实施方案中，第一框架部件1200a还可包含从第一侧1202a延伸到第二侧1202b的电馈通开口1212，以提供电气布线通过第一框架部件1200a的通路，并且使LED模块410a和控制电路***90电耦合在一起。例如，图2E和2F示出LED模块410a和控制电路***90可经由穿过电馈通开口1212的电线416电耦合。
如图3所示，弯曲形状肋1216可限定冷却剂通道1220以将冷却剂管1006固定到第一框架部件1200a。可从第二侧1202b接近冷却剂通道1220。冷却剂通道1220可具有形状和/或尺寸符合冷却剂管1006的横截面，以便增加冷却剂管1006与第一框架部件1200a之间的热接触面积。
冷却剂管1006可以使用若干方法紧固到第一框架部件1200a的冷却剂通道1220。
例如，冷却剂通道1220的横截面尺寸可以等于或小于冷却剂管1006的横截面尺寸，以有助于在冷却剂管1006经由摩擦固定到通道上的情况下进行压配合和/或挤压配合。在一些实施方案中，当压配合和/或挤压配合到冷却剂通道1220时，冷却剂管1006可以变形，使得冷却剂管1006不从冷却剂通道1220向外伸出。例如，图3示出冷却剂管1006可以具有平坦侧以提供第二框架部件1200b的空隙。
在另一实例中，可使用例如带有束线带和/或蜗杆驱动紧固件的一个或多个夹箍将冷却剂管1006夹持到第一框架部件1200a的通道1220。所述夹箍可以是可去除的以允许更换冷却剂管1006。形成冷却剂通道1220的肋1216的表面还可以被抛光以改善与冷却剂管1006的热接触，从而实现对流体冷却剂800的更大散热。另外，冷却剂管1006可以使用各种方法粘附或接合到第一框架部件1200a，所述方法包含但不限于粘合剂接合、焊接和铜焊。热界面材料还可设置在冷却剂通道1220与冷却剂管1006之间以改善热接触。
侧肋1218和弯曲形肋1216还可以限定设置在冷却剂通道1220的相对侧上的侧通道1221。侧通道1221可以减少第一框架部件1200a的重量和/或用于制造的材料的量。另外，侧通道1221还可提供热屏障以减少或在一些情况下防止来自LED模块410a的热量被传递到第二框架部件1200b并且由此传递到控制电路***90。例如，侧通道1221可容纳空气、气体或真空，这可以增加第一侧1202a与第二侧1202b之间的热阻。
因此，第一框架部件1200a可成形为使得由LED模块410a产生的热量主要朝向冷却剂通道1220和冷却剂管1006传递。在一些实施方案中，冷却剂通道1220和冷却剂管1006可以设置在LED模块410a与控制电路***90之间，以进一步减少或在一些情况下防止由LED模块410a产生的热量传递到第二框架部件1200b和控制电路***90。
在一些实施方案中，第一框架部件1200a可以经由挤压工艺形成。因此，第一框架部件1200a的各种结构特征(例如，脊部1206a和1206b、肋1218、1216)可以跨越第一框架部件1200a的长度，如图3所示以促进挤压。然而，应了解，第一框架部件1200a可使用其它制造工艺形成，所述制造工艺包含但不限于铸造、锻造和机械加工。当使用这些其它制造工艺时，这些结构特征可形成和/或仅跨越第一框架部件1200a的总长度的一部分。
图2I示出第二框架部件1200b可以包含邻接第一框架部件1200a的第二侧1202b的基部1223。第二框架部件1200b可进一步包含从基部1223延伸的轨道1226，所述轨道的形状和/或尺寸被设定成配合到第一框架部件1200a的安装通道1204b中。例如，轨道1226可以具有设置在安装通道1204b内的细杆区段和圆形杆区段。因此，安装通道1204b可以约束轨道1226仅沿着安装通道1204b滑动。
第二框架部件1200b可进一步包含侧1224，所述侧从基部1223延伸并且远离具有弯曲形状脊部1225的第一框架部件1200a。脊部1225、侧1224、基部1223的组合可以限定安装通道1229以支撑控制电路***90。如图所示，控制电路***90可包含PCB，所述PCB可***到安装通道1229中并且受夹持PCB的边缘的脊部1225约束。因此，控制电路***90可***到安装通道1229中并且根据需要沿着第二框架部件1200b定位。
在一些实施方案中，控制电路***90可以使用例如一个或多个束线带安全地耦合到第二框架部件1200b。在一些实施方案中，脊部1225的形状和/或尺寸可被设定成施加夹持力以防止控制电路***90相对于第二框架部件1200b移动。例如，夹持力可以足够大以当框架1004倾斜时防止控制电路***90的移动。然而，夹持力可以足够小使得用户仍可以容易地调整控制电路***90的位置，而不必施加明显大的力。
第二框架部件1200b还可以通过挤压工艺形成；因此，基部1223、侧1224和脊部1225可以跨越第二框架部件1200b的长度。替代地，第二框架部件1200b可以通过注射模塑工艺形成以产生相同或类似的结构特征。
图4A和4B示出端盖1320a(或端盖1320b)可以是两部分组件，所述两部分组件包含用于将端盖1320a耦合到框架1004的端盖支撑件1350和用于覆盖套管1300的第一开放端1304a的端盖罩1330。端盖1320b可类似地具有耦合到框架1004的端盖支撑件1350和覆盖套管1300的第二开放端1304b的端盖罩1330。
端盖罩1330和端盖支撑件1350通常可由隔热材料形成以减小或在一些情况下防止由LED模块410a产生的并且传递到框架1004的热量通过照明器材1000a的端盖1320a和1320b消散到周围环境中。端盖支撑件1350和端盖罩1330还可以是非腐蚀性的和/或透射无线电波的(例如，用于无线通信)。在一些实施方案中，端盖支撑件1350可以由各种刚性塑料或聚合物形成，包含但不限于聚碳酸酯和玻璃填充的聚碳酸酯。在一些实施方案中，端盖罩1330可以由各种柔性塑料或聚合物形成，包含但不限于聚氨酯、橡胶和硅酮。取决于用于形成端盖支撑件1350和端盖罩1330的材料，可利用各种制造方法，包含但不限于挤压、注射模塑、吹塑和手动模塑。
图5A-5D示出端盖支撑件1350的若干视图。如图所示，端盖支撑件1350可以包含基部1352以及从基部1352伸出的侧壁1351a和1351b。基部1352和侧壁1351a和1351b的形状和/或尺寸可以大体上设定成符合套管1300的几何形状。例如，基部1352可以具有圆形形状以符合圆柱形管1300。如图5B所示，侧壁1351a和1351b可具有描绘圆形路径1358的不同部分的横截面形状(即，垂直于纵向轴线1301限定的横截面)。例如，侧壁1351a可以沿着圆形路径1358的上半部分，并且侧壁1351b可以沿着圆形路径1358的底部部分。不由侧壁1351a或1351b覆盖的圆形路径1358的部分可对应于形成于侧壁1351a与1351b之间的凹口1353。换句话说，侧壁1351a和1351b形成由凹口1353分开的圆柱形不连续侧壁的不同区段。
当端盖支撑件1350耦合到框架1004时，第一框架部件1200a可***侧壁1351a与1351b之间，使得侧肋1218可部分地设置在凹口1353中，并且第一框架部件1200a的端部物理地接触基部1352(例如，安装通道1204a和1204b接触基部1352)。以此方式，第一框架部件1200a的侧肋1218可以勾勒出圆圈1358的对应于凹口1353的其余部分。
基部1352可进一步包含与如图5B所示的第一框架部件1200a的通道1222对准的开口1356。因此，紧固件1324可穿过端盖支撑件1350的开口1356***并且耦合到如图2E和2F所示的第一框架部件1200a的通道1222。另外，基部1352可包含与冷却剂通道1220对准的流体馈通开口1354，使得冷却剂管1006可穿过端盖支撑件1350。基部1352可进一步包含电馈通开口1355，用于使电缆穿过端盖支撑件1350并且电耦合到控制电路***90和/或电源板91。如图5B所示，电馈通开口1355可沿着基部1352的顶部部分设置，使得电缆定位在控制电路***90和电源板91所在的第一框架部件1200a的第二侧1202b上。
当端盖支撑件1350耦合到套管1300时，侧壁1351a和1351b的弯曲外表面可以接触套管1300的内部弯曲表面，并且套管1300的第一开放端1304a可以接触端盖支撑件1350的基部1352。换句话说，套管1300可以由侧壁1351a和1351b的外表面支撑。因此，端盖支撑件1350可以耦合到框架1004和套管1300两者。此外，端盖支撑件1350可以相对于框架1004定位并且对准套管1300。在一些实施方案中，第一框架部件1200a的外表面，并且具体地说，侧肋1218可以不延伸超过侧壁1351a和1351b的外表面。因此，端盖支撑件1350可以将套管1300定位成使得管1300不物理地接触框架1004和耦合到框架1004的任何部件(例如，LED模块410a、控制电路***90、冷却剂管1006)。
图6A-6E示出端盖罩1330的若干视图。如图所示，端盖罩1330可包含围绕并部分地封闭腔1333的侧壁1331和基部1332。类似于端盖支撑件1350，端盖罩1330的侧壁1331和基部1332的形状和/或尺寸可以被设定成符合套管1300的几何形状(即，腔1333可以是圆柱形的)。侧壁1331通常可具有大约等于套管1300的外部宽度的内部宽度。在一些实施方案中，侧壁1331可具有确保侧壁1331的内部宽度小于套管1300的外部宽度的公差。以此方式，端盖罩1330可扩开以配合到套管1300的外表面上以与套管1300的第一开放端1304a形成紧密密封件并且提供夹持力，所述夹持力将套管1300夹持在凹部1322之间，所述凹部形成于端盖罩1330的侧壁1331与端盖支撑件1350的侧壁1351a和1351b之间，如图4B所示。
在一些实施方案中，端盖罩1330可以经由单独的夹箍(例如，商用夹箍1370a)夹持到套管1300。例如，可以收紧夹箍1370a以提供足够的夹持力以将端盖罩1330夹持并且密封到套管1300。
在一些实施方案中，端盖罩1330可以由可热缩材料形成。因此，当端盖罩1330装配到套管1300和/或端盖支撑件1350上时，端盖罩1330可暴露于热源(例如，加热枪)以收缩并且因此密封套管1300的腔1302以及通过端盖1320a和1320b的各种电连接和流体连接。
在一些实施方案中，端盖罩1330可以与套管1300形成足够紧密的密封，以防止环境中的异物(例如，湿气、灰尘)渗入腔1302。例如，受控农业环境可以在相对湿度下操作，其中湿气可以凝结到照明器材1000a的各种表面上。湿气的积聚可导致损坏暴露的电气装置，例如暴露的电子电路***。套管1300和端盖1320a和1320b的组合因此可以提供基本上减少或在一些情况下防止水分和其它异物渗入腔1302中的外壳。
在一些实施方案中，端盖罩1330可以与套管1300形成防水密封件，其中当用水冲洗照明器材1000a时，水不会渗入腔1302中。在一些实施方案中，当照明器材1000a完全浸没在水下时，防水密封件还可以防止水渗入腔1302中。在一些实施方案中，端盖罩1330可以与套管1300形成气密密封件(例如，来自环境的空气不会渗入腔1302中)。
端盖罩1330可另外具有若干特征以促进到照明器材1000a的电连接和流体连接。例如，基部1332可包含电馈通件1335，所述电馈通件限定用于电缆穿过端盖罩1330并且进入套管1300的腔1302的开口，以用于与控制电路***90和/或电源板91连接。如图6C所示，电馈通件1335可与端盖支撑件1350的电馈通开口1355对准。电馈通件1335可包含从基部1332向外伸出并且远离端盖支撑件1350的套筒。套筒可以限定开口的一部分以接收电缆。
在一些实施方案中，套筒可以具有小于电缆的外部宽度的内部宽度，使得当电缆穿过端盖罩1330***时，套筒可以扩开，由此与电缆形成紧密密封件。在一些实施方案中，套筒可以与电缆形成防水密封件。在一些实施方案中，可以使用密封剂密封套筒的连接到电缆的部分。
在另一实例中，基部1332可包含流体馈通件1334，其限定冷却剂管1006穿过端盖罩1330的开口。流体馈通件1334可以与端盖支撑件1350的流体馈通开口1354对准。类似于电馈通件1335，流体馈通件1334可包含从基部1332向外伸出并且远离端盖支撑件1350的套筒。套筒还可以限定开口的用于接收冷却剂管1006的部分。
在一些实施方案中，流体馈通件1334的套筒可以具有小于冷却剂管1006的外部宽度的内部宽度，使得当冷却剂管1006穿过端盖罩1330***时，套筒可以扩开，由此与冷却剂管1006形成紧密密封件。在一些实施方案中，套筒可以与冷却剂管1006形成防水密封件。在一些实施方案中，可以使用密封剂密封套筒的连接到冷却剂管1006的部分。
端盖罩1330可进一步包含设置在基部1332上的一个或多个紧固件盖区段1336。紧固件盖区段1336在面向端盖支撑件1350时可以是基部1332的凹入部分(或在背对端盖支撑件1350时是1332的伸出部分)。紧固件盖区段1336可以提供空间以覆盖将端盖支撑件1350耦合到第一框架部件1200a的紧固件1324，特别是在紧固件1324的头部从端盖支撑件1350的基部1352伸出的情况下。
在一些实施方案中，端盖罩1330可以不直接耦合到端盖支撑件1350。替代地，可以使端盖罩1330扩开并将其放置在套管1300和端盖支撑件1350的基部1352上方，以封闭如上文所描述的套管1300的第一开放端1304a。在一些实施方案中，端盖罩1330可以经由在端盖罩1330与套管1300之间产生的摩擦力保持耦合到套管1300和/或端盖支撑件1350。在一些实施方案中，束线带或另一夹箍机构可以围绕端盖罩1330设置以将端盖罩1330牢固地耦合到套管1300。
以此方式将端盖罩1330与端盖支撑件1350机械地解耦可具有若干益处。
第一，端盖罩1330可以耦合到套管1300和/或端盖支撑件1350，而无需任何额外部件(例如，紧固件)，因此简化了组件并且减少了照明器材1000a中的零件数量。
第二，端盖罩1330的顺应性可以允许套管1300和框架1004相对于彼此移动，同时保持与套管1300的紧密密封，并且因此保持套管1300的腔1302被封闭。
例如，框架1004，并且具体地说，第一框架部件1200a可由于在照明器材1000a的操作期间由LED模块410a产生的热量而热膨胀。图4C示出照明器材1000a的端部部分，其中第一框架部件1200a在LED模块410a接通之前处于第一温度(例如，室温)。如图所示，在第一框架部件1200a处时，套管1300可以最初邻接端盖支撑件1350的基部1352。另外，端盖支撑件1350可以经由紧固件1324刚性地耦合到第一框架部件1200a，并且端盖罩1330可以覆盖端盖支撑件1350的外部部分和套管1300的一部分。
图4D示出照明器材1000a的端部部分，其中在LED模块410a接通之后第一框架部件1200a被加热到大于第一温度的第二温度。如图所示，由于热膨胀，第一框架部件1200a的总长度可以增加，这使得第一框架部件1200a的端部和端盖支撑件1350被移位出距离ΔL。然而，并非使套管1300经受拉伸力(即，在套管1300刚性地耦合到端盖支撑件1350的情况下)，当端盖支撑件1350移位时，套管1300的弯曲内表面可替代地沿着端盖支撑件1350的侧壁1351a和1351b的弯曲外表面滑动。以此方式，第一框架部件1200a和端盖支撑件1350的移位减少或在一些情况下缓和施加到套管1300的任何不合需要的力。此外，端盖罩1330可以变形以适应端盖支撑件1350的移位，同时保持耦合到套管1300，因此使腔1302保持封闭。
如上文所描述，冷却剂管1006可承载流体冷却剂800流以捕获由LED模块410a产生的热量。冷却剂管1006通常可以具有比框架1004更长的长度，使得冷却剂管1006的相应端部部分延伸超过框架1004并且穿过端盖1320a和1320b，如图2B-1和2B-2所示。以此方式，冷却剂管1006可以使用例如中间管或顺应软管流体地耦合到CEH***中的其它管道***(例如，另一照明器材1000a的另一冷却剂管1006，循环加热冷却***中的流体冷却剂回路中的管)。
冷却剂管1006通常可以使用各种耦合机构耦合到另一管或软管，所述耦合机构包含但不限于带螺纹的配件(例如，冷却剂管1006的端部具有对应的螺纹)、螺栓紧固件(例如，冷却剂管1006的端部具有配合到另一管上的对应凸缘的凸缘)和推动以连接的管道配件(例如，冷却剂管1006的端部是裸露的)。推动以连接的管道配件可能是优选的，因为管道连接不包含内部密封件和/或O形环，因此简化了照明器材1000a的设计和安装。
冷却剂管1006通常可以由各种材料形成，包含但不限于铜、铝和不锈钢。在一些实施方案中，冷却剂管1006可以优选地由铜形成以减少水藻生长、结垢和/或腐蚀。在一些实施方案中，CEH***中的各种管可以由铜形成，和/或软管的内表面可以涂覆有铜。在一些实施方案中，冷却剂管1006可以涂覆或镀覆有镍。当使用推动以连接的管道配件时，流体冷却剂800因此可穿过仅由铜制成的流体冷却剂回路。换句话说，流体冷却剂800不接触照明器材1000a中的其它材料(例如，框架1004)。
冷却剂管1006的横截面尺寸可取决于若干因素而变化，所述因素包含但不限于期望流速、流体冷却剂特性(例如，动态黏度、密度)和期望类型的流动。例如，流体冷却剂可能期望处于湍流状态，这可以产生更高的热传递系数，从而从照明器材1000a消散更多的热量。在一些实施方案中，可以选择冷却剂管1006的横截面尺寸，使得雷诺数(Re)大于给定泵功率和冷却剂回路布局的期望阈值(例如，对于湍流，Re>4000)。在一些实施方案中，冷却剂管1006可以具有约0.5英寸的外部宽度。
在一些实施方案中，还可以对冷却剂管1006的内表面进行粗糙化以增大表面面积，并且由此增大对流热传递系数以进一步提高冷却速率。可选择内表面粗糙度的有效深度和间距以减小或在一些情况下防止泵送功率的大幅增加(例如，由于较大的压降)并且维持冷却剂管1006的内表面到流体冷却剂800的可湿性(例如，保持亲水性、亲油性)。
用于从照明器材1000a捕获和承载热量的流体冷却剂800可基于若干因素来选择。第一，流体冷却剂800可具有高热导率和高比热，以增加由LED模块410a产生的热量被传递并存储在流体冷却剂800中的速率。第二，流体冷却剂800优选地应保持在受控农业环境的操作温度和压力范围内的液相中。例如，流体冷却剂800在通过照明器材1000a和/或沿着循环加热冷却***的流体冷却剂回路设置的任何其它部件(例如，散热装置、泵)时不应冻结或沸腾。第三，可基于流体冷却剂回路的构造并且具体地说，照明器材100a的冷却剂管1006中使用的材料来选择流体冷却剂800。例如，流体冷却剂800优选地应避免腐蚀冷却剂管1006。在一些实施方案中，流体冷却剂800因此可以是各种流体，包含但不限于水、矿物油、二醇和前述中任一者的混合物。
LED模块410a可各自包含布置成阵列的一个或多个LED光源(在本文中也称为LED元件)。每个LED光源可以散发光或更一般地散发具有窄波长带的辐射(例如，LED散发基于半导体的带隙的辐射，例如蓝光、绿光或红光)或宽波长带(例如，LED包含用于散发例如白光之类的宽光谱辐射的磷)。因此，包含多个不同LED光源的阵列可提供覆盖宽光谱(例如，从紫外(UV)波长到红外波长)和光谱强度分布(即，不同波长或波长带下的辐射强度)的辐射，所述辐射可基于用户偏好进行动态调谐(例如，改变入射到植物上的红光或蓝光的比例)。
通常，由LED光源散发的辐射可以若干方式在受控农业环境中使用，所述方式包含但不限于：提供光合有效辐射(PAR)以增加植物中的光合活性；使用不同波长下的辐射来修改植物的生长(例如，使用辐射来调整植物的日间夜循环)；UV灭菌(例如，驱逐害虫)；以及感测(例如，出于获取光谱或超光谱图像的目的，使用不同波长下的辐射来照射所述植物)。
LED光源可以散发各种波长范围中的辐射，包含但不限于UV、可见光、近红外(NIR)和短波长红外(SWIR)。在一些实施方案中，一个或多个LED光源可以是在各种波长下散发辐射的基本上单色的LED元件，所述波长包含但不限于275nm、365nm、440nm、450nm、475nm、500nm、530nm、620nm、630nm、660nm、696nm、730nm、760nm、850nm、860nm、940nm、950nm、1450nm、1610nm和2060nm。在一些实施方案中，一个或多个LED光源可以是跨越一个或多个波长范围散发辐射的宽带LED元件，所述波长范围包含但不限于UV、可见光、NIR、SWIR和前述的任何组合。
在一个实例中，图2A示出LED模块410a可以各自包含支撑多个LED光源的印刷电路板(PCB)411。具体地，图2A和2E示出LED模块410a可包含提供白光(例如，在等效黑体温度为5000K下的辐射)的LED光源412a和提供红光(例如，660nm)的LED光源412b。LED光源412a和412b在本文中可以统称为LED光源412。LED模块410a可进一步包含一个或多个电连接器414以将LED模块410a电耦合到控制电路***90。例如，电线416可以耦合到LED模块410a的电连接器414。
一般来说，LED光源412的数目可以部分地基于一个或多个波长带下的期望辐射输出和/或强度而变化。例如，LED模块410a可包含用于提供更多的全谱PAR的相对较多数目的LED光源412a以及足以在植物中诱发期望的光化学活动和/或光合活动(例如，使植物感觉像是被阳光直接照射的那样)的相对较少数目的LED光源412b。
在一些实施方案中，LED光源412可以分布在照明器材1000a上，以在由不同类型的LED光源412散发的辐射的相应波长或波长带下提供基本上均匀或均匀的照射。然而，应了解，在其它实施方案中，LED光源412可以不均匀地分布在照明器材1000a中(例如，LED光源412a可以设置在照明器材1000a的一端处，并且LED光源412b可以设置在照明器材1000a的相对端处)。例如，每种类型的LED光源可以分组在一起以提供在特定波长或波长带下的较高辐射强度。另外，在操作期间可以动态地调整照明器材1000a的位置和/或定向，使得植物可以均匀地接收较高强度的辐射。
在一些实施方案中，可以分开地控制每个LED模块410a中的一个或多个LED光源412。例如，控制电路***90可以控制递送到每个单独的LED光源412的电力的量，使得来自每个LED光源412的辐射输出是可调谐的。在另一实例中，控制电路***90可控制相同类型的LED光源412(例如，与红色LED光源412b分开地接通或断开白色LED光源412a)。在一些实施方案中，控制电路***90可以与其它LED模块410a分开地控制每个LED模块410a(例如，在调整LED模块410a-2的辐射输出的同时接通或断开LED模块410a-1)。
在一些实施方案中，PCB 411可以是金属核心印刷电路板(MCPCB)，以更有效地消散由LED光源412产生的热量(例如，热量更容易跨越PCB411扩散)。LED模块410a可以耦合到第一框架部件1200a，使得PCB的背面与安装通道1204a的底表面接触。如上文所描述，LED模块410a可以使用束线带1214耦合到第一框架部件1200a。另外，LED模块410a可以使用粘合剂和/或热界面材料(例如，热膏)耦合到第一框架部件1200a，以提供与第一框架部件1200a的更大热接触(例如，将热膏放置在PCB 411与第一框架部件1200a之间)。
更一般地，LED模块410a可以使用各种耦合机构耦合到第一框架部件1200a，所述耦合机构包含但不限于螺钉紧固件、螺栓紧固件、固定夹、粘合剂和夹箍。在一些实施方案中，耦合机构可以提供施加到LED模块410a的可调整夹持力，以增加例如LED模块410a与第一框架部件1200a之间的热接触。
图7A-7E示出具有四排LED光源412的另一示例性LED模块410b的若干视图。类似于LED模块410a，LED模块410b可包含PCB 411以支撑LED光源414的阵列。电连接器414还可以设置在PCB 411的相对端处，用于经由一个或多个电线416与控制电路***90连接。如图所示，LED光源412可以均匀地分布在PCB 411上，以提供对植物的均匀照射。如图7B所示，LED模块410b的长度可以为约19.5英寸，宽度为约1.063英寸。
图8A-8E示出比LED模块410b小的另一个示例性LED模块410c的若干视图。如图所示，LED模块410c可包含由PCB 411支撑的两排LED光源412，其中电连接器414设置在PCB411的相对端，用于经由一个或多个电线416与控制电路***90连接。图8B示出LED模块410b可具有约9.5英寸的长度和约0.63英寸的宽度。
包含在照明器材1000a中的LED模块的数目可部分地取决于每个LED模块的尺寸。例如，照明器材1000a可以包含比LED模块410b更多的LED模块410c。这可以允许照明器材1000a具有不同分布和/或类型LED光源的不同LED模块，以定制由照明器材1000a提供的辐射的光谱含量和强度。应了解，只要LED模块配合在安装通道1204a内，即使LED模块的尺寸小于安装通道1204a，LED模块仍可安装在第一框架部件1200a上。例如，LED模块410c仍可以使用束线带1214和/或热膏/粘合剂的组合耦合到第一框架部件1200a。
在一些实施方案中，照明器材1000a还可包含设置在套管1300上或腔1302内的光学器件(未示出)。在一些实施方案中，一个或多个光学器件可以直接安装到LED模块410a上。光学器件可用于修改由LED模块410a散发的光的方向和/或角度分布。例如，光学器件的一部分可以具有凸表面以将从LED模块410a散发的光聚焦到位于照明器材1000a正下方的植物上。光学器件可以使用各种耦合机构耦合到框架1004，并且具体地说耦合到第一框架部件1200a，所述耦合机构包含但不限于螺钉紧固件、螺栓紧固件、固定夹和夹箍。
在一些实施方案中，照明器材1000a可以包含一个或多个警报指示器。警报指示器通常可以是视觉警报和/或音频警报。例如，图2C-2示出照明器材1000a可包含设置在第一框架部件1200a上靠近端盖1320a的视觉警报指示器1240。警报指示器通常可以向用户提供关于照明器材1000a的操作状态的警报通知。例如，如果照明器材1000a正常操作，则警报指示器1240可以散发绿光。如果照明器材1000a过热，则警报指示器1240可以散发红光。如果照明器材1000a的操作中断或无法正常运行，则警报指示器1240可以散发黄光。通常，可针对各种情况激活警报指示器1240，所述各种情况包含但不限于：照明器材1000a过热；控制电路***90不再正常运行(例如，控制电路***90已经停止)；LED模块410a在照明器材1000a接收电力并且被命令散发辐射时不散发辐射；照明器材1000a的操作温度过低；以及照明器材1000a正在接收电力但未按需要操作。
控制电路***90通常可提供若干功能以促进照明器材1000a的操作，所述操作包含但不限于：电力转换(例如，LED模块410a从AC电力转换为DC电力)；网络连接(例如，与受控农业环境中的其它传感器或控制***的通信)；数据处理(例如，从耦合到照明器材1000a的传感器接收感测数据，并且在不接收来自另一***的指令的情况下调整照明器材1000a的操作参数)、控制LED模块410a(例如，调整辐射强度)；以及控制耦合到照明器材1000a的辅助装置(例如，传感器、相机)。在一些实施方案中，控制电路***90可另外包含调光器或调光功能，其可控地减少LED模块410a或每个LED光源412的辐射输出。例如，每个LED光源412可以标称强度(在调光器去激活的情况下)散发辐射，所述辐射可以经由调光器降低到标称强度的1％。
各种传感器和/或相机可以集成到照明器材中和/或以通信方式耦合到照明器材，所述传感器和/或相机包含但不限于：用于监测LED模块温度的光温传感器、用于测量进入照明器材的冷却剂管的流体冷却剂温度的冷侧流体冷却剂温度传感器、用于测量离开照明器材的冷却剂管的流体冷却剂的温度的热侧流体冷却剂温度传感器、环境空气温度传感器、相对湿度传感器、二氧化碳传感器、空气速度传感器、光传感器(可见光、UV、近红外、短波红外、长波红外)、LiDAR，以及相机(可见光、UV、近红外、短波红外、长波红外)。
控制电路***90可以电耦合到将电力提供到照明器材1000a和/或与照明器材通信的电缆或电缆组件。在一些实施方案中，控制电路***90可以被配置成接收大于或等于约175W(例如，350W)的AC电力。电力密度，其被定义为电力输入与照明器材的外部长度、照明器材的体积和/或生长空间的体积的比率。如果套管1300是直径为2英寸且长度为96英寸的圆柱形形状，则照明器材的每单位长度的电力密度可为约1.8W/英寸。照明器材的每单位体积的电力密度可以为约0.6W/立方英寸(例如，175W除以π(2英寸)2/4·(96英寸))。如果假设生长空间是具有3.27英尺(即，1m)长侧的立方体，则生长空间的每单位体积的电力密度可以为约5W/立方英尺。更一般地，照明器材1000a的照明器材每单位长度的电力密度可大于或等于约1.5W/英寸，照明器材的每单位体积的电力密度大于或等于约0.5W/立方英寸，和/或生长空间的每单位体积的电力密度大于或等于约5W/立方英尺。
在一些实施方案中，控制电路***90可以由电耦合在一起并且设置在一个或多个PCB上的离散电子组件构成。例如，图9A-9E示出照明器材1000a中的控制电路***90的若干视图。如图所示，控制电路***90可以包含设置在单个PCB 92上的许多电子元件。通常，PCB92的形状和/或尺寸可被设定成基于套管1300和/或框架1004的几何形状。例如，PCB 92可以是矩形形状以符合第二框架部件1200b的几何形状。图9B进一步示出在一些实施方案中，PCB 92可具有约20.5英寸的长度和约1.65英寸的宽度。设置在PCB 92上的各种电子元件也可以基于由套管1300施加的空间约束进行布置和/或设定尺寸。例如，图9E示出电子元件可以不延伸超出距PCB 92约0.7英寸。
各种电子组件可以向控制电路***90提供一个或多个不同功能。例如，图11A示出控制电路***90中的各种电子部件和电路***及其功能的框图。图11B-1至11B-4示出对应于图11a的框图的电路图的四个部分(90-1、90-2、90-3和90-4)。如图所示，控制电路***90可以调节电力并将其分配到照明器材1000a的其它部件。关于控制电路***90的输入和/或输出，图11A示出了控制电路***90可以通过电力端口1010接收可转换为DC电力的AC电力。控制电路***90接着可将DC电力和其它控制信号供应到照明器材1000a中的其它电子器件(例如，LED模块410a、通信地耦合到照明器材1000a的辅助装置、集成到照明器材1000a中的传感器)。例如，控制电路***90可以经由控制电路***90中的对应端口/连接器(例如，如果照明器材1000a只有三个LED模块410a，则经由LED板端口104A、104B和104C)直接耦合到多个LED模块410a。
控制电路***90还可经由通信板端口173电气地且通信地耦合到单独的通信板(未示出)，所述通信板端口向通信板提供电力和数据通信。在一些实施方案中，通信板可以管理耦合到照明器材1000a的各种装置之间的数据通信，所述各种装置包含但不限于其它照明器材1000a、耦合到照明器材1000a的一个或多个辅助传感器，以及一个或多个外部通信装置(WiFi、蓝牙、RS-485)。在一些实施方案中，通信板端口可用于以不同电压例如48V和5V向通信板供电。
图11A进一步示出控制电路***90可包含保险丝170作为安全特征，以保护控制电路***90的各种电子器件免于过电流。在一些实施方案中，控制电路***90可以被配置成与电力线路载波器(PLC)一起工作，其中电力和数据通信承载于同一导体上。控制电路***90可包含电力耦合器171以将通信信号与由PLC接收的电力分开。
对于电力转换，控制电路***90可包含用于减少噪声输入的电磁干扰(EMI)滤波器153和用于将AC电力转换为DC电力的整流器157。AC线传感器155可以电耦合到整流器157的输出以监测DC电力的电压和电流。DC电力可传输到偏置和控制电源156，其可将DC电力分配到照明器材1000a的包含通信板和数字信号处理器(DSP)150的其它部件。还可包含DC-DC转换器(未示出)以将不同电压输入供应到耦合到控制电路***90(例如，通信板)的其它电路。对于数据通信，控制电路***90可包含PLC模块172以提取和解译承载在PLC上的通信信号。
如图所示，PLC模块172和偏置和控制电源156可以连接到DSP 150以分别提供通信信号(例如，命令、数据)和电力。DSP 150还可经由可被使用但不限于监测LED模块410a的温度的传感器端口157a从AC线传感器155和LED板传感器输入接收电压和电流测量值。DSP150可以通过执行固件152向包含通信板的各种部件提供控制信号。控制电路***90可包含搭载存储器，其中存储控制和数字信号处理(DSP)固件152以促进控制信号的产生。DSP 150还可向一个或多个升压转换器(例如，如果三个LED模块410a包含在照明器材1000a中，则向升压转换器162A、162B和162C)提供控制信号，所述控制信号可用于调节经由LED板端口供应到LED模块的电力。升压转换器也可以直接从整流器154接收DC电力。
在一些实施方案中，控制电路***90可以管理供应到照明器材1000a的各种部件(例如，LED模块410a)的电压和电流，以便降低在不同操作条件下损坏的可能性。例如，照明器材1000a可以在低电压条件下操作，其中至少约175W可以被供应到LED模块410a，并且至少约25W可以被供应到耦合到照明器材1000a的任何辅助传感器和/或其它装置。在一些实施方案中，耦合到照明器材1000a以从外部源(例如，建筑物供电***或电源)供电的电缆的额定电流可维持高达30A的电流。
控制电路***90可将通过照明器材1000a的电流限制到较低电流(例如，用于三个LED模块410a的5A(或10A))，使得照明器材1000a可由单个电缆供电。如果照明器材1000a的电流消耗接近5A(或10A)，则控制电路***90可以减小照明器材1000a的电力汲取。这样，三个LED模块410a可以共同避免超过15A(或30A)的总电流消耗，从而降低损坏电缆的可能性。
在一些实施方案中，控制电路***90可以使用主动反馈控制环路执行电流消耗限制。例如，控制电路***90的DSP 150可以主动地测量经由AC线传感器155供应到照明器材1000a的电压和/或电流。取决于测量的电压和电流的量值和/或变化率，DSP 150可调整供应到每个LED模块410a的电压和电流，使得由照明器材1000a消耗的电流维持在电流消耗限制以下。
此过程可以以迭代方式进行，其中在预设时间标度下重复进行对供应到照明器材1000a的电压和电流的测量以及对供应到LED模块410a的电压和电流的后续调整。在一些实施方案中，时间标度可以在约1ms至约60s之间变化。电压和电流在每个增量期间变化的量还可以根据供应到照明器材1000a的电压和电流的变化率而变化。在一些实施方案中，可以通过将比例积分差(PID)控制器并入控制电路***90中来控制主动反馈控制环路的稳定性。
图12A-12I示出对应于控制电路***90的各种电气部件的示例性电路图。图12A示出电力端口1010、保险丝/EMI滤波器153、整流器154以及偏置和控制电源156的第一部分的电路图。图12B示出图12A中所示的偏置和控制电源156的第二部分。图12C-12F示出控制电路***90中的任选DC-DC转换器158、AC线传感器155、DSP 150和LED板400传感器端口157a。图12G和12H示出控制电路***90中的示例性升压电路162A的电路图。图12I示出电力耦合器171和PLC模块172的电路图。
如上所述，端盖1320a和1320b中的一个或两个可包含电馈通件(例如，电馈通件1335、电馈通开口1355)，以将电缆布设到套管1300的腔1302中，以用于与控制电路***90和/或电源板91电连接。在一些实施方案中，照明器材1000a可以替代地具有设置在端盖1320a和1320b中的一个或两个上的一个或多个电力/通信端口，以接收和/或传输电力和/或数据通信。电力/通信端口可以是各种类型的端口，包含但不限于电力线载波(PLC)端口、RS-485端口、以太网供电(PoE)端口、通用串行总线(USB)端口、WiFi端口和蓝牙端口。图13G-13I示出设置在端盖1320a上的具有不同通信端口(RS-485端口1337a、USB端口1337b、PoE端口1337c)的照明器材1000a的若干实例。
例如，照明器材1000a可包含电力端口，以将辅助DC电力供应到耦合到照明器材1000a的一个或多个辅助装置，例如传感器或相机或另一照明器材1000a。在另一实例中，照明器材1000a可包含通信端口，以将各种信号(例如，命令、数据)传输到辅助装置(例如，传感器或相机、另一照明器材1000a)和/或从所述辅助装置传输所述各种信号。在另一实例中，照明器材1000a可包含组合式电力和通信端口(例如，PLC端口)以接收电力和/或传输各种信号。
照明器材1000a可以接收各种信号，并且控制电路***90可以基于信号调整各种操作参数，包含但不限于：调整电力(例如，高电压和低电压模式；调整由LED模块410a散发的辐射的总强度或光谱强度；接通或断开LED模块410a；调整LED模块410a中的辐射强度改变的速率；调整散发辐射的光谱含量(例如，将更多电力引导向蓝色或红色LED元件)；调整对照明器材条件的请求；以及调整操作辅助传感器装置(例如，数据记录频率)的命令。照明器材1000a还可以发送或传输各种状态和监测情况，包含但不限于：操作状态或模式、电功耗、温度以及由内部或辅助传感器装置测量的数据。
图13A-1-13E示出另一照明器材1000b的若干视图。类似于照明器材1000a，照明器材1000b可包含框架1004以支撑一个或多个LED模块410d和控制电路***90。框架1004可进一步支撑冷却剂管1006以在操作期间冷却LED模块410d。照明器材1000b可进一步包含具有由端盖1320a和1320b覆盖的相应端部的套管1300(注意：仅示出端盖支撑件1350)。
套管1300和端盖1320a和1320b的组合可以再次提供外壳以容纳框架1004、LED模块410d、控制电路***90和冷却剂管1006的一部分。在此实例中，端盖1320b可包含电馈通开口1355，所述电馈通开口具有带螺纹的连接器以将电缆牢固地耦合到照明器材1000b。电缆可穿过电馈通开口1355病且经由带螺纹的连接器固定。带螺纹的连接器还可支撑电力和/或通信端口以将电缆耦合到照明器材1000b。
图13E示出框架1004可包含第一框架部件1200a和第二框架部件1200b。第一框架部件1200a可在第一侧1202a上提供安装通道1204a以支撑LED模块410d。如前文所述，安装通道1204a可部分地由脊部1206a限定。在此实例中，安装通道1204a的形状和/或尺寸可被设定成使得楔形件1230可设置并耦合到脊部1206a以将LED模块410d按压并紧固到第一框架部件1200a，从而部分地增加热接触。楔形件1230可以是机械顺从部件。
第一框架部件1200a可进一步包含具有脊部1206b的第二侧1202b，其部分地限定耦合到承载控制电路***90的第二框架部件1200b的安装通道1204b。第二框架部件1200b可以可滑动地耦合到安装通道1204b，并且可以进一步限定单独的安装通道以耦合到控制电路***90。在一些实施方案中，第二框架部件1200b可以替代地搭扣配合和/或压配合到安装通道1204b中。
第一框架部件1200a可包含设置在第一侧1202a的一个端部处以接收冷却剂管1006的冷却剂通道1220。第一框架部件1200a和第二框架部件1200b的组装还可以限定中心通道1221，这样减少照明器材1000b的重量、用于制造的材料的量，和/或提供热屏障以增加LED模块410d与控制电路***90之间的热阻以减少控制电路***90的加热。
对于照明器材1000a和1000b，在图2A-2I和13A-13E中示出的LED模块410a-410d设置在第一框架部件1200a的一侧上。然而，应了解，与LED模块仅设置在框架的一侧上的照明器材相比，LED模块还可设置在框架的不同侧上以散发具有较大角度分布的辐射。换句话说，每个LED模块可具有在其内散发辐射的特定视场。通过将LED模块放置在框架的不同侧上，照明器材可以提供覆盖较大区域的辐射。例如，照明器材可以具有设置在框架的不同侧上的多个LED模块以提供双向(例如，株间照明)、三向或四向照明。
在一些实施方案中，照明器材可包含设置在框架的相对侧上的两个LED模块以在相对方向上散发辐射。如果两个LED模块具有半球的视场(即，视场等于2π球面度或视场具有180度的角度分布)，则照明器材可以对植物提供基本上全向的照明。例如，照明器材可以竖直定向从天花板悬挂以照射植物的两个或更多个壁，其中植物在壁的竖直表面上生长。在另一实例中，受控农业环境可包含其中生长植物的圆柱形壁。照明器材可以沿着圆柱形壁的中心轴线定位，以提供设置在圆柱形壁上的所有植物的全向照明。
在一些实施方案中，可以部分地通过从多个框架部件构造框架来实现多方向辐射散发。例如，图14示出被配置成提供双向照明(株间照明)的示例性照明器材1000c。如图所示，照明器材1000c可包含具有第一外侧1202a-1和与第一外侧1202a-1相对的第二外侧1202a-2的第一框架部件1200a，所述第一外侧经由第一外部安装通道1204a-1支撑LED模块410a-1，所述第二外侧经由第二外部安装通道1204a-2支撑LED模块410a-2。第一框架部件1200a可进一步包含第一内侧1202b-1和第二内侧1202b-2，其各自支撑冷却剂管1006(即，照明器材1000c可具有两个冷却剂管1006)。第一安装通道1204a-1和第二安装通道1204a-2可经由侧肋1218耦合在一起。与之前一样，每个侧肋1218仍可形成安装通道1204b以将第二框架部件1200b耦合到第一框架部件1200a和/或将相应端盖1320a和1320b耦合到第一框架部件1200a。
侧肋1218的形状和/或尺寸可进一步被设定成使得第一框架部件1200a限定将第一内侧1202b-1与第二内侧1202b-2分离的腔1227。在一些实施方案中，第一框架部件1200a可以分成两个单独的部件，以促进组装，具体地说促进冷却剂管1006压配合到第一框架部件1200a。然后，可以使用各种耦合机构将一对框架部件耦合在一起，所述耦合机构包含但不限于螺钉紧固件、螺栓紧固件、粘合剂、固定夹和夹箍。
图14示出第二框架部件1200b可***到腔1227中并且经由设置在接合安装通道1204b的第二框架部件1200b上的轨道1226可滑动地耦合到第一框架部件1200a。第二框架部件1200b继而可限定腔1228以经由安装通道1229容纳控制电路***90。因此，控制电路***90可以保持设置在冷却剂管1006之间，并且通过延伸，设置在LED模块410a-1与410a-2之间。在一些实施方案中，控制电路***90可以夹在冷却剂管1006之间以减少或在一些情况下防止由LED模块410a-1和410a-2加热控制电路***90。
图14进一步示出如前所述的套管1300可容纳第一框架部件1200a、第二框架部件1200b、LED模块410a-1和410a-2和控制电路***90。应了解，套管1300、第一框架部件1200a、第二框架部件1200b和冷却剂管1006的尺寸可被调整成配合在套管1300的腔1302内。
图16A-16C示出部分地布设穿过照明器材1000a中的端盖1320a的示例性电缆组件1150。电缆组件1150通常可提供在208V至277V之间的电压和在15A至30A之间的电流下供应的AC电力。如图所示，电缆1150可包含小三通管连接器1153，以促进连接到多个照明器材1000a或1000b。小三通管连接器1153可包含具有公头连接器1154a的第一电缆区段1152a、直接设置在小三通管连接器1153上的母头连接器1154b和用于照明器材的第二电缆区段1152b。第二电缆区段1152b可穿过端盖罩1330的电馈通件1335和端盖支撑件1350的电馈通开口1355。在一些实施方案中，电缆区段1152b可包含用于连接到控制电路***90和/或电源板91的一个或多个旗型连接器。
在一些实施方案中，端盖1320a可包含设置在套管1300的腔1302内的套筒，其中电缆区段1152b的一部分穿过套筒。图28C示出夹箍1156可将电缆区段1152b牢固地耦合到套筒，部分地以防止电缆区段1152b从端盖1320a被拉出。
在一些实施方案中，电缆组件1150和端盖1320a可以在端盖1320a安装在框架1004和/或套管1300上之前组装在一起。换句话说，电缆组件1150，并且具体地说，电缆区段1152b可以在与照明器材1000a和1000b的其它部件一起组装之前分开地耦合到端盖1320a。
结论
本文中所描述的所有参数、尺寸、材料和配置意图为示例性的，且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于本发明教示所用于的一个或多个特定应用。应理解，前述实施例仅借助于示例呈现，并且在所附权利要求书和其等效物的范围内，可以用与具体描述和要求的不同的方式实践发明性实施例。本公开的发明性实施例针对本文所述的每个单独的特征、***、物品、材料、套件和/或方法。
另外，两个或更多个此类特征、***、物品、材料、套件和/或方法(如果此类特征、***、物品、材料、套件和/或方法并非互不一致)的任何组合包含在本公开的发明性范围内。在不脱离本公开的范围的情况下，可以在示例性实施方案的相应元件的设计、操作条件和布置中做出其它替换、修改、改变和省略。使用数值范围并不能排除以相同方式实现相同功能以产生相同结果的范围之外的等效值。
上述实施例可以以多种方式实现。例如，实施例可以使用硬件、软件或其组合实施。当以软件实施时，可以在合适的处理器或处理器集合(无论是在单台计算机中设置还是分布在多台计算机中)上执行软件代码。
进一步地，应当理解，计算机可以以多种形式中的任何一种来具体实施，诸如托架式计算机、台式计算机、膝上型计算机或平板计算机。另外，计算机可以被嵌入通常不被认为是计算机但具有合适的处理能力的装置中，包含个人数字助理(PDA)、智能手机或任何其它合适的便携式或固定电子装置。
而且，计算机可以具有一个或多个输入和输出装置。这些装置尤其可以用于呈现用户接口。可以用于提供用户接口的输出装置的实例包含用于视觉呈现输出的打印机或显示屏、以及用于听觉呈现输出的扬声器或其它声音生成装置。可以用于用户接口的输入装置的实例包含键盘和指向装置，例如鼠标、触摸板以及数字化平板电脑。作为另一个实例，计算机可以通过语音识别或其它可听格式接收输入信息。
此类计算机可以通过适当形式的一个或多个网络互连，包含局域网或例如企业网络的广域网、智能网络(IN)或因特网。此类网络可以基于适当的技术，可以根据适当的协议运行，并且可以包含无线网络、有线网络或光纤网络。
本文概述的各种方法或过程可以被编码为软件，所述软件可在采用多种操作***或平台中的任何一种的一个或多个处理器上执行。另外，此类软件可以使用多种合适的编程语言和/或编程或脚本工具中的任何一种来编写，并且还可以被编译为可执行的机器语言代码或在框架或虚拟机上执行的中间代码。一些实施方案可以具体地采用特定操作***或平台以及特定编程语言和/或脚本工具中的一个或多个来促进执行。
另外，各种发明概念可体现为一种或多种方法，已提供其至少一个示例。作为方法的一部分执行的动作可在一些情况下以不同方式排序。相应地，在一些发明性实施方案中，可以不同于具体说明的次序的次序执行给定方法的相应动作，其可包含同时执行一些动作(即使此类动作在说明性实施例中展示为循序动作)。
本文提及的所有公开案、专利申请案、专利和其它参考文献都以全文引用的方式并入。
应理解，如本文中定义和使用的所有定义都优先于字典定义、以引用的方式并入的文档中的定义和/或定义的术语的普通含义。
如本文在说明书和权利要求中所使用的不定冠词“一”除非明确相反指示，否则应理解为意味着“至少一个”。
如本文在说明书和权利要求书中所用，短语“和/或”应理解为意指如此结合的要素中的“任一个或两个”，即，要素在一些情况下结合存在并且在其它情况下分开存在。用“和/或”列出的多个要素应以相同方式解释，即，要素中的“一个或多个”如此结合。除了由“和/或”子句具体指出的元件之外，还可以任选地存在其它元件，无论与具体指出的那些元件相关还是无关。因此，作为非限制性实例，当结合开放式语言(例如“包括”)使用时，提及“A和/或B”在一个实施例中可以仅指A(任选地包含除B之外的元素)；在另一个实施例中仅指B(任选地包含除A之外的元素)；在又一个实施例中，兼指A和B(任选地包含其它元素)；等等。
如本文在本说明书和权利要求书中所用，“或”应理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。举例来说，当在列表中分隔多个项目时，“或”或“和/或”将解释为包含性的，即，包含至少一个，但也包含数个要素或要素列表中的一个以上要素和任选地额外未列出的项目。只有明确相反指示的术语，如“仅仅……中的一个”或“恰好……中的一个”或当在权利要求书中使用时“由……组成”将指的是包括多个元件或元件列表中的恰好一个元件。一般来说，如本文中所用的术语“或”当前面是例如“任一”、“……中的一个”、“仅……中的一个”或“恰好……中的一个”等排它性术语时，仅应解释为指示排它性替代方案(即，“一个或另一个但并非两者”)。“基本上由……组成”当在权利要求书中使用时，应具有如其在专利法领域中所用的普通含义。
如本文在说明书和权利要求书中所使用的，在提及一个或多个元件的列表时，短语“至少一个”应理解为指选自所述元件列表中的任何一个或多个元件的至少一个元件，但不一定包含元件列表中具体列出的每个元件中的至少一个，并且不排除元件列表中的元件的任何组合。此定义还允许除了元素列表内具体识别的短语“至少一个”所指的元素之外的元素可任选地存在，无论其是否与具体识别的那些元素相关。因此，作为非限制性实例，在一个实施例中，“A和B中的至少一个”(或，等同地，“A或B中的至少一个”，或等同地，“A和/或B中的至少一个”)可以指代至少一个，任选地包含多于一个A，而不存在B(并且任选地包含除了B之外的元件)；在另一实施例中，可以指代至少一个，任选地包含多于一个B，而不存在A(并且任选地包含除了A之外的元件)；在又一实施例中，可以指代至少一个，任选地包含多于一个A，和至少一个、任选地包含多于一个B(并且任选地包含其它元件)；等。
在权利要求书中以及在上述说明书中，例如“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”、“由……组成”等所有连接词应理解为是开放的，即，意指包含但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所述，只有过渡短语“由…组成”和“基本上由…组成”才应分别是封闭的或半封闭的过渡短语。

Claims (54)

1.一种用于农业环境的基于流体冷却LED的照明器材(1000a)，所述照明器材包括：
框架(1004)，其具有冷却剂通道(1220)；
至少一个LED光源(410a)，其耦合到所述框架以散发辐射；
控制电路***(90)，其耦合到所述框架并且电耦合到所述至少一个LED光源，以接收AC电力并且控制所述至少一个LED光源；
套管(1300)，其限定具有第一开放端(1304a)和第二开放端(1304b)的腔(1302)，所述腔容纳所述框架、所述至少一个LED光源和所述控制电路***，所述辐射能透射所述套管；
第一端盖(1320a)，其设置在所述套管的所述第一开放端处并且耦合到所述框架；
第二端盖(1320b)，其设置在所述套管的所述第二开放端处并且耦合到所述框架，所述第一端盖和所述第二端盖封闭所述套管的所述腔；以及
冷却剂管(1006)，其至少部分设置在所述框架的所述冷却剂通道中并且热耦合到所述冷却剂通道，以承载在所述照明器材的操作期间提取由所述至少一个LED光源产生的热量的流体冷却剂(800)，所述冷却剂管穿过所述第一端盖中的第一流体馈通件并且穿过所述第二端盖中的第二流体馈通件。
2.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述套管在平行于所述套管的所述第一开放端和所述第二开放端的平面中具有横截面形状，所述横截面形状为圆形、半圆形、椭圆形或多边形中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的照明器材，其中：
所述套管的所述横截面形状为圆形；并且
当所述照明器材被部署在所述农业环境中并且耦合到支撑结构时，所述照明器材相对于所述支撑结构能进行以下中的至少一个：旋转地调整或平移地调整，使得当所述照明器材相对于所述支撑结构移动时将由所述至少一个LED光源散发的所述辐射重新引导到所述农业环境的不同部分上。
4.根据权利要求3所述的照明器材，其中所述照明器材能够围绕所述套管的纵向轴线(1301)相对于所述支撑结构旋转地调整。
5.根据权利要求3所述的照明器材，其中所述照明器材经由销接头或滑块接头中的至少一个耦合到所述支撑结构。
6.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述套管具有约2英寸的外部宽度。
7.根据权利要求6所述的照明器材，其中所述套管具有约48英寸或约96英寸的外部长度。
8.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述套管由玻璃、聚碳酸酯、丙烯酸或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一种形成。
9.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述套管对于波长范围在170nm至400nm之间的紫外辐射具有大于或等于80％的透射率。
10.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述框架耦合到所述第一端盖和所述第二端盖，使得所述套管不物理地接触所述框架、所述至少一个LED光源、所述控制电路***和所述冷却剂管。
11.根据权利要求10所述的照明器材，其中：
所述套管的所述腔进一步容纳空气、气体或真空中的至少一者；并且
将所述套管与所述框架、所述至少一个LED光源、所述控制电路***和所述冷却剂管分离的所述空气、气体或真空形成热屏障，所述热屏障减少在所述照明器材操作期间由所述至少一个LED光源产生的所述热量到所述农业环境的传递。
12.根据权利要求1所述的照明器材，其中：
所述框架由于在所述照明器材的操作期间由所述至少一个LED光源产生的所述热量而热膨胀，使得所述框架的第一长度相对于所述套管的第二长度变化；并且
所述第一端盖和所述第二端盖响应于所述第一长度和所述第二长度中的相对变化而变形，以便保持耦合到所述框架和所述套管。
13.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述腔被充分密封，使得当水在所述照明器材上冲洗时，水不会渗入所述腔中。
14.根据权利要求13所述的照明器材，其中当所述照明器材浸没在水中时，水不会渗入所述腔中。
15.根据权利要求1所述的照明器材，其中：
所述第一端盖包括：
端盖罩(1330)，其具有限定第一腔(1333)以接收所述套管和所述框架的第一侧壁(1331)；以及
端盖支撑件(1350)，其设置在所述端盖罩的所述第一腔内并且耦合到所述框架，具有与所述第一侧壁同心地对准的第二侧壁(1351a、1351b)，使得所述第一侧壁和所述第二侧壁形成夹箍以将所述第一端盖耦合到所述套管；并且
所述套管设置在所述第一侧壁与所述第二侧壁之间。
16.根据权利要求15所述的照明器材，其中所述端盖罩由橡胶、氨基甲酸酯或硅酮中的至少一种形成。
17.根据权利要求15所述的照明器材，其中所述端盖支撑件由玻璃填充的聚碳酸酯中的至少一种形成。
18.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述框架进一步包括：
第一框架部件(1200a)，其具有耦合到所述至少一个LED光源的第一侧(1202a)和与所述第一侧相对的第二侧(1202b)；以及
第二框架部件(1200b)，其耦合到所述第一框架部件的所述第二侧，以耦合到所述控制电路***。
19.根据权利要求18所述的照明器材，其中：
所述冷却剂通道形成于所述第一框架部件的所述第二侧上，使得所述冷却剂通道设置在所述至少一个LED光源与所述控制电路***之间；并且
所述冷却剂管经由通过所述第一框架部件的热传导来提取在所述照明器材的操作期间由所述至少一个LED光源产生的所述热量。
20.根据权利要求18所述的照明器材，其中所述第一框架部件由铝形成。
21.根据权利要求18所述的照明器材，其中所述第二框架部件将所述控制电路***与所述第一框架部件电隔离。
22.根据权利要求18所述的照明器材，其中所述第二框架部件由塑料形成。
23.根据权利要求18所述的照明器材，其中所述第一框架部件进一步包括：
第一安装通道(1204a)，其形成在所述第一侧上，以可滑动方式接收所述至少一个LED光源；以及
第二安装通道(1204b)，其形成在所述第二侧上，以可滑动方式接收所述第二框架部件。
24.根据权利要求18所述的照明器材，其中：
所述套管具有外部长度；
所述第一框架部件跨越所述套管的所述外部长度；并且
所述第二框架部件跨越所述套管的所述长度的一部分。
25.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述冷却剂管由铜形成。
26.根据权利要求25所述的照明器材，其中所述冷却剂管涂覆有镍。
27.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述冷却剂管的外部宽度小于或等于约0.5英寸。
28.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述冷却剂管压配合到所述框架的所述通道中。
29.根据权利要求1所述的照明器材，其中：
所述至少一个LED光源包括散发所述辐射的多个LED光源；并且
所述辐射包含一或多个波长或波长带。
30.根据权利要求29所述的照明器材，其中所述多个LED光源包括以下中的至少一个：
红色LED(412b)，其用于散发红光；
白色LED(412a)，其用于散发白光；或
蓝色LED，其用于散发蓝光。
31.根据权利要求30所述的照明器材，其中由所述红色LED、所述白色LED和所述蓝色LED散发的所述辐射能够经由所述控制电路***独立地调整。
32.根据权利要求1所述的照明器材，其中所述至少一个LED光源包括：
第一LED光源，其具有第一视场并且在所述第一视场内散发第一辐射以照射所述农业环境；以及
第二LED光源，其具有不与所述第一视场重叠的第二视场并且在所述第二视场内散发第二辐射以照射所述农业环境。
33.根据权利要求32所述的照明器材，其中所述第一视场的第一光轴和所述第二视场的第二光轴以相反的方向定向，使得所述第一辐射和所述第二辐射提供对所述农业环境的株间照明。
34.根据权利要求32所述的照明器材，其中所述第一视场和所述第二视场为半球面形状，使得所述第一辐射和所述第二辐射提供对所述农业环境的全向照明。
35.根据权利要求1所述的照明器材，其中：
所述AC电力大于或等于约175W；并且
所述套管具有约2英寸的外部宽度和约96英寸的外部长度。
36.根据权利要求1所述的照明器材，其中：
所述AC电力大于或等于约175W；并且
所述照明器材照射了体积约为35立方英尺的所述农业环境的一部分。
37.根据权利要求1所述的照明器材，其中：
所述至少一个LED光源以标称强度散发所述辐射；并且
所述控制电路***包含调光器以可控地将所述辐射降低到所述标称强度的约1％。
38.根据权利要求1所述的照明器材，其进一步包括：
警报指示器(1240)，其电耦合到所述控制电路***并且设置在所述框架的外表面上，在所述照明器材安装在农业环境中时能由用户感知，以在所述照明器材满足条件时提供视觉警报或音频警报中的至少一个。
39.根据权利要求38所述的照明器材，其中当所述照明器材过热时满足所述条件。
40.一种基于流体冷却LED的照明器材(1000a)，其包括：
框架(1004)，其包括：
第一框架部件(1200a)，其具有第一侧(1202a)和与所述第一侧相对的第二侧面(1202b)，所述第一框架部件具有形成于其中的冷却剂通道(1220)；以及
第二框架部件(1200b)，其耦合到所述第一框架部件的所述第二侧；至少一个LED光源(410)，其耦合到所述第一框架部件以散发辐射；
控制电路***(90)，其耦合到所述第二框架部件并且电耦合到所述至少一个LED光源，以接收AC电力并且控制所述至少一个LED光源；以及
冷却剂管(1006)，其至少部分设置在所述第一框架部件的所述冷却剂通道中并且热耦合到所述冷却剂通道，以承载提取由所述至少一个LED光源产生的热量的流体冷却剂，
其中：
所述第一框架部件将由所述至少一个LED光源产生的所述热量热传导到所述冷却剂管；并且
所述第二框架部件将所述控制电路***与所述第一框架部件电隔离。
41.根据权利要求40所述的照明器材，其中：
所述第一框架部件具有第一长度；并且
所述第二框架部件具有小于所述第一长度的第二长度。
42.根据权利要求40所述的照明器材，其进一步包括：
套管(1300)，其限定具有第一开放端(1304a)和第二开放端(1304b)的腔(1302)，所述腔容纳所述框架、所述至少一个LED光源、所述控制电路***和所述冷却剂管的至少一部分，所述辐射能透射所述套管；
第一端盖(1320a)，其设置在所述套管的所述第一开放端处并且耦合到所述框架，所述第一端盖具有所述冷却剂管穿过的第一流体馈通件；以及
第二端盖(1320b)，其设置在所述套管的所述第二开放端处并且耦合到所述框架，所述第二端盖具有所述冷却剂管穿过的第二流体馈通件，所述第一端盖和所述第二端盖封闭所述套管的所述腔。
43.根据权利要求42所述的照明器材，其中所述框架耦合到所述第一端盖和所述第二端盖，使得所述套管不物理地接触所述框架、所述至少一个LED光源、所述控制电路***和所述冷却剂管。
44.根据权利要求43所述的照明器材，其中：
所述套管的所述腔进一步容纳空气、气体或真空中的至少一者；并且
将所述套管与所述框架、所述至少一个LED光源、所述控制电路***和所述冷却剂管分离的所述空气、气体或真空形成热屏障，所述热屏障减少在所述照明器材操作期间由所述至少一个LED光源产生的所述热量到所述农业环境的传递。
45.根据权利要求42所述的照明器材，其中：
所述框架由于在所述照明器材的操作期间由所述至少一个LED光源产生的所述热量而热膨胀，使得所述框架的第一长度相对于所述套管的第二长度变化；并且
所述第一端盖和所述第二端盖响应于所述第一长度和所述第二长度中的相对变化而变形，以便保持耦合到所述框架和所述套管。
46.根据权利要求40所述的照明器材，其中：
所述套管的所述横截面形状为圆形；并且
当所述照明器材被部署在所述农业环境中并且耦合到支撑结构时，所述照明器材相对于所述支撑结构能进行以下中的至少一个：旋转地调整或平移地调整，使得当所述照明器材相对于所述支撑结构移动时将由所述至少一个LED光源散发的所述辐射重新引导到所述农业环境的不同部分上。
47.一种基于流体冷却LED的照明器材(1000a)，其包括：
框架(1004)，其具有冷却剂通道(1220)；
至少一个LED光源(410)，其耦合到所述框架以散发辐射；
控制电路***(90)，其耦合到所述框架并且电耦合到所述至少一个LED光源，以接收电力输入并且控制所述至少一个LED光源，所述电力输入大于或等于约175W；以及
冷却剂管(1006)，其至少部分设置在所述框架的所述冷却剂通道中并且热耦合到所述冷却剂通道，以承载在所述照明器材的操作期间提取由所述至少一个LED光源产生的热量的流体冷却剂(800)，
其中所述框架、所述至少一个LED光源、所述控制电路***和所述冷却剂管的至少一部分的尺寸被设置成配合在具有约2英寸的外部直径和约96英寸的外部长度的套管内。
48.根据权利要求47所述的照明器材，其进一步包括：
所述套管，其限定腔(1302)以容纳所述框架、所述至少一个LED光源、所述控制电路***和所述冷却剂管的至少一部分。
49.根据权利要求48所述的照明器材，其中：
所述套管具有第一开放端(1304a)和第二开放端(1304b)；并且
所述照明器材进一步包括：
第一端盖(1320a)，其设置在所述套管的所述第一开放端处并且耦合到所述框架，所述第一端盖具有所述冷却剂管穿过的第一流体馈通件；以及
第二端盖(1320b)，其设置在所述套管的所述第二开放端处并且耦合到所述框架，所述第二端盖具有所述冷却剂管穿过的第二流体馈通件，所述第一端盖和所述第二端盖封闭所述套管的所述腔。
50.根据权利要求49所述的照明器材，其中所述框架耦合到所述第一端盖和所述第二端盖，使得所述套管不物理地接触所述框架、所述至少一个LED光源、所述控制电路***和所述冷却剂管。
51.根据权利要求50所述的照明器材，其中：
所述套管的所述腔进一步容纳空气、气体或真空中的至少一者；并且
将所述套管与所述框架、所述至少一个LED光源、所述控制电路***和所述冷却剂管分离的所述空气、气体或真空形成热屏障，所述热屏障减少在所述照明器材操作期间由所述至少一个LED光源产生的所述热量到所述农业环境的传递。
52.根据权利要求49所述的照明器材，其中：
所述框架由于在所述照明器材的操作期间由所述至少一个LED光源产生的所述热量而热膨胀，使得所述框架的第一长度相对于所述套管的第二长度变化；并且
所述第一端盖和所述第二端盖响应于所述第一长度和所述第二长度中的相对变化而变形，以便保持耦合到所述框架和所述套管。
53.根据权利要求48所述的照明器材，其中：
所述套管的所述横截面形状为圆形；并且
当所述照明器材被部署在所述农业环境中并且耦合到支撑结构时，所述照明器材相对于所述支撑结构能进行以下中的至少一个：旋转地调整或平移地调整，使得当所述照明器材相对于所述支撑结构移动时将由所述至少一个LED光源散发的所述辐射重新引导到所述农业环境的不同部分上。
54.一种用于农业环境的基于流体冷却LED的照明器材(1000a)，其包括：
框架(1004)，其具有冷却剂通道(1220)；
至少一个白色LED光源(412a)，其耦合到所述框架以按第一强度散发光合有效辐射(PAR)；
控制电路***(90)，其耦合到所述框架并且电耦合到所述至少一个白色LED光源，以接收电力输入并且控制所述至少一个白色LED光源，所述电力输入大于或等于约175W，所述控制电路***包含调光器以将所述PAR的所述第一强度可控地降低到小于所述第一强度的第二强度；
套管(1300)，其限定具有第一开放端(1304a)和第二开放端(1304b)的腔(1302)，所述腔容纳所述框架、所述至少一个白色LED光源和所述控制电路***，所述套管进一步容纳将所述套管与所述框架、所述至少一个白色LED光源和所述控制电路***物理地分离以形成热屏障的空气、气体或真空中的一者，所述热屏障减少在所述照明器材操作期间由所述至少一个白色LED光源产生的所述热量到所述农业环境的传递，所述辐射能透射所述套管，所述套管具有约2英寸的外部直径和约96英寸的外部长度；
第一端盖(1320a)，其设置在所述套管的所述第一开放端处并且耦合到所述框架；
第二端盖(1320b)，其设置在所述套管的所述第二开放端处并且耦合到所述框架，所述第一端盖和所述第二端盖封闭所述套管的所述腔；以及
冷却剂管(1006)，其至少部分设置在所述框架的所述冷却剂通道中并且热耦合到所述冷却剂通道，以承载在所述照明器材的操作期间提取由所述至少一个白色LED光源产生的热量的流体冷却剂(800)，所述冷却剂管穿过所述第一端盖中的第一流体馈通件并且穿过所述第二端盖中的第二流体馈通件。
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