מדי עוצמת אור
מדי עוצמת אור משמשים צלמים, ארכיטקטים, אנשי אחזקה של משרדם, אולמות ארועים, אולמות ייצור
כדי למדוד את עוצמת התאורה ובמידת הצורך להוסיף תאורה,נקבעו סטנדרטים לעוצמת התאורה הדרושה בבתי ספר, משרדם ומפעלים.
גם בחקלאות בגידול בחממות יש צורך בתאורה מתאימה כדי שתתבצע פוטוסינטזה של הצמח ומשתמשים במד תאורה.
יחידות המדידה הן בלוקסים.
העין האנושית מבחינה באורכי גל בטווח של 380 עד 750 ננומטר והמוח האנושי מתרגם אותם לצבעים,
גווני סגול בטווח 380-450, גווני כחול בטווח 450-495
גווני ירוק בטווח 495-570, גווני צהוב בטווח 570-590
גווני כתום בטווח 590-620 וגווני אדום בטווח 620-750
בעזרת מד אור רדיומטרי מודדים את עוצמת האור ואת אורכי הגל
יש מדידות אור עם חיישנים מיוחדים לבדיקת
Illuminance (V lambda), UVA, UVB, UVC, global radiation,
IR, quantum (photosynthesis), Star Pyranometer
מד האור, המיוצג על ידי מגוון גרסאות עם פונקציות תכליתיות, הוא כלי עזר הניתן ליישום בקלות במקום העבודה, בבית, לניטור תהליכים שונים על מנת למדוד את כמות האור ופרמטרים נלווים אחרים.
חיישנים אופטיים למדידת תאורה בחקלאות
בחקלאות, תהליך הפוטוסינתזה ממלא תפקיד מכריע שכן הוא מאפשר לצמחים להמיר אנרגיית אור מהשמש לאנרגיה כימית, המשמשת לאחר מכן לתדלק תהליכים פיזיולוגיים שונים. קרינה אופטית, הידועה גם כקרינת אור או קרינה אלקטרומגנטית, מתייחסת לאנרגיה הנישאת על ידי האור כשהיא נעה מהמקור (במקרה זה, השמש) לעלי הצמח.
ספקטרום הקרינה האופטי מורכב מאורכי גל שונים של אור, כולל אור אולטרה סגול (UV), גלוי ואינפרא אדום (IR). עם זאת, עבור פוטוסינתזה, צמחים מנצלים בעיקר את ספקטרום האור הנראה, שנע בין כ-400 ל-700 ננומטר (ננומטר). בתוך טווח זה, לאורכי גל שונים של אור יש השפעות שונות על צמיחת והתפתחות הצמחים.
צמחים מכילים פיגמנטים מיוחדים הנקראים כלורופיל, שאחראים על לכידת אנרגיית האור. מולקולות הכלורופיל סופגות אור בעיקר באזורים הכחולים (בסביבות 430-450 ננומטר) והאדומים (בסביבות 640-680 ננומטר) של הספקטרום. אורכי גל אלו חשובים במיוחד לפוטוסינתזה מכיוון שהם נספגים ביעילות על ידי הכלורופיל, מה שמוביל לשיעורי המרת אנרגיה גבוהים יותר.
הקרינה האופטית הנדרשת לפוטוסינתזה בחקלאות עוברת אופטימיזציה לרוב באמצעות שימוש במערכות תאורה מלאכותיות כגון מנורות פלורסנט או מנורות לד,
. מערכות תאורה אלו יכולות לספק אורכי גל ועוצמות אור ספציפיות כדי לענות על צורכי הצמחים לאורך שלבי צמיחה שונים.
על ידי מניפולציה של הקרינה האופטית, שיטות חקלאיות יכולות לשפר את הפוטוסינתזה ולהיטיב את הצמיחה והפרודוקטיביות של צמחים. לדוגמה, בשלב הווגטטיבי, אור כחול מודגש לעתים קרובות כדי לקדם את התפתחות העלים וצמיחת צמחים קומפקטית. לעומת זאת, בשלב הרבייה, אור אדום מועדף כדי לעורר פריחה ופרי.
התקדמות הטכנולוגיה אפשרה פיתוח של אסטרטגיות תאורה מותאמות. לדוגמה, באמצעות מערכות תאורת LED חקלאים יכולים לשלוט במדויק על הספקטרום ועוצמת האור, וליצור סביבות תאורה מותאמות אישית עבור גידולים או תנאי גידול ספציפיים. גישה זו, המכונה כוונון ספקטרלי, מאפשרת לחקלאים לייעל את הפוטוסינתזה, למזער את צריכת האנרגיה ולקדם מאפייני צמחים רצויים כמו יבול מוגבר, שיפור איכות וצמיחה מואצת.
קרינה אופטית חיונית לפוטוסינתזה בחקלאות, והבנת דרישות האור של צמחים יכולה לעזור לחקלאים לייעל את הצמיחה והפרודוקטיביות של יבולים על ידי אספקת הספקטרום, העוצמה ומשך האור המתאימים באמצעות מערכות תאורה מלאכותיות.
כדי לנתח את נתוני האור בחקלאות יש צורך במיכשור מדידה וחיישנים אופטיים למדידת ספקטרום האור ,עוצמתו ופרמטרים נוספים הקשורים לצמיחה והתפתחות של צמחים. חיישנים אלו מספקים מידע רב ערך לשיפור הגידולים והגדלת היבול, ניטור בריאות הצמח וקבלת החלטות לניהול הגידולים . להלן כמה חיישנים אופטיים נפוצים בחקלאות:
https://www.ahlborn.com/assets/uploads/general/Produkte/Sensoren/Messkoepfe-fuer-optische-Strahlung/Optical-radiation.pdf
ספקטרו-רדיומטרים: ספקטרו-רדיומטרים מודדים את ההתפלגות הספקטרלית של האור על פני טווח רחב של אורכי גל. הם מספקים מידע מפורט על עוצמתם של אורכי גל שונים של אור, ומאפשרים ניתוח של ספקטרום האור והשפעותיו על הפיזיולוגיה של הצמח. ספקטרו-רדיומטרים משמשים לעתים קרובות להערכת בריאות היבול, לניטור תנאי לחץ, לייעל תאורה לפוטוסינתזה ולהעריך את היעילות של מערכות תאורה בסביבות מבוקרות.
חיישנים רב-ספקטרליים: חיישנים רב-ספקטרליים לוכדים אור ברצועות נפרדות ספציפיות של הספקטרום האלקטרומגנטי. חיישנים אלו מצוידים במספר מסננים או גלאים המודדים אור בטווחי אורכי גל שונים. חיישנים רב-ספקטרליים נפוצים בשימוש בחקלאות כוללים את אלו הלוכדים אור באזורים הנראה והקרוב לאינפרא אדום (NIR) הם משמשים להערכת מדדי צמחייה, כגון מדד הצמחייה המנורמל (NDVI) המספקים תובנות לגבי "מרץ" הצמח, ייצור ביומסה ורמות מתח.
חיישנים היפרספקטרליים: חיישנים היפרספקטרליים לוכדים אור במספר פסים צרים וצמודים על פני כל הספקטרום האלקטרומגנטי. חיישנים אלו מאפשרים ניתוח מפורט של נתונים ספקטרליים ויכולים לזהות הבדלים עדינים במאפייני ההחזר של צמחים. הדמיה היפרספקטרלית מספקת מידע רב ערך על בריאות הצמח, זיהוי מחלות, מצב תזונתי ופרמטרים פיזיולוגיים אחרים. זה שימושי במיוחד ביישומי חקלאות מדויקים ומחקרי חישה מרחוק.
חיישני פלואורסצנטי: חיישני פלואורסצנטי מודדים את הקרינה הנפלטת על ידי צמחים כאשר הם נרגשים באור. קרינת כלורופיל היא מדידה עקיפה של יעילות פוטוסינתזה ורמות מתח בצמחים. חיישני פלואורסצנטי יכולים לספק תובנות לגבי פעילות פוטוסינתזה, תגובות מתח והבריאות הכללית של צמחים. הם משמשים לעתים קרובות להערכת פרמטרים פיזיולוגיים של צמחים.
חיישנים פוטומטריים: חיישנים פוטומטריים, כגון מדי לוקס או חיישנים קוונטיים, מודדים את עוצמת האור או צפיפות השטף הקוונטי. חיישנים אלה מכמתים את כמות הקרינה הפעילה בפוטוסינתזה (PAR) המגיעה לצמחים. הם משמשים למיטוב תנאי התאורה, להערכת חדירת אור בחממות ולקביעת דרישות אור עבור גידולים או שלבי צמיחה ספציפיים.
בחירת החיישן האופטי תלויה בדרישות ובמטרות הספציפיות של האפליקציה. יש לקחת בחשבון גורמים כמו דיוק, רזולוציה ספקטרלית, ניידות, קלות שימוש ועלות בעת בחירת חיישן אופטי לניתוח ומדידה חקלאית. בנוסף, מומלץ להתייעץ עם מומחים או לעיין בתיעוד המוצר הספציפי כדי לוודא שהחיישן הנבחר מתאים למטרה המיועדת.
יישומים של מדי אור
-בריאות ובטיחות בעבודה:אחד השימושים הנפוצים ביותר עבור מדי אור הוא OH&S. תאורה באזורי עבודה כלליים חייבת להיות מספקת לביצוע משימות בצורה בטוחה.אסור שהאור יהיה בהיר מדי ולא עמום מדי.
-שטחים ציבוריים: אזורים ציבוריים כגון פארקים, חניונים ורחובות חייבים להיות מוארים בצורה נאותה כדי ליצור סביבה בטוחה.
-בנייה, הנדסה ואדריכלות: מדי אור עוזרים לבונים ואדריכלים להחליט על מיקום חלונות או סקיילייט בעת בנייה או שיפוץ.מדי אור הם מכשיר מדידה מעולה בבחירת גופי תאורה לבתים.
-צלמים: צלמים משתמשים באופן קבוע במדי אור
PAR קרינה פעילה מבחינה פוטוסינתטית:
- מה זה: PAR הוא החלק מהספקטרום האורכי שהצמחים משתמשים בו לפוטוסינתזה, בטווח אורכי גל של 400–700 ננומטר. טווח זה כולל את האור הנראה שהצמחים יכולים לקלוט באמצעות פיגמנטים כמו כלורופיל.
- יחידות מדידה: נמדד במיקרומולים למ"ר לשנייה µmol/m²/s, שמייצגים את מספר הפוטונים שפוגעים במ"ר של משטח בכל שנייה.
- רלוונטיות: זהו מדד לעוצמת האור שהצמחים יכולים לנצל לפוטוסינתזה. ערכי PAR גבוהים יותר תומכים בפוטוסינתזה מהירה יותר עד לנקודה שבה הצמחים כבר אינם יכולים להשתמש בעודף אור ביעילות.
DLI האינטגרל היומי של אור:
- מה זה: DLI הוא הכמות הכוללת של אור PAR שהצמח מקבל לאורך 24 שעות. זהו מדד מצטבר של עוצמת האור PAR על פני זמן.
- יחידות מדידה: נמדד במולים של פוטונים למ"ר ליום mol/m²/day.
- רלוונטיות: ה-DLI חשוב להבנת ה"מנה" הכוללת של האור שהצמח מקבל מדי יום. לצמחים שונים יש דרישות DLI שונות:
- צמחים בעלי דרישת אור נמוכה למשל, צמחי צל: 5–10 mol/m²/day.
- צמחים בעלי דרישת אור בינונית למשל, ירקות רבים: 15–25 mol/m²/day.
- צמחים בעלי דרישת אור גבוהה למשל, גידולי פרי, קנאביס: 25–40+ mol/m²/day.
ה-DLI מסייע למגדלים לנהל את כמות האור בחממות או בחדרי גידול כדי למקסם את היבול.
משך תאורה Photoperiod:
- הגדרה: משך התאורה מתאר את אורך זמן החשיפה לאור שהצמח מקבל במחזור של 24 שעות.
- יחידות מדידה: נמדד בשעות למשל, 12 שעות אור/12 שעות חושך.
- רלוונטיות: משך התאורה משפיע על פריחה וצמיחה וגטטיבית אצל צמחים רבים. בהתאם לתגובתם למשך התאורה, צמחים מחולקים לקטגוריות:
- צמחים קצרי-יום: פורחים כאשר האור קצר ממשך זמן קריטי למשל, חרציות, פוינסטיות.
- צמחים ארוכי-יום: פורחים כאשר האור ארוך ממשך זמן קריטי למשל, תרד, חסה.
- צמחים ניטרליים ליום: פורחים ללא קשר למשך התאורה למשל, עגבניות, פלפלים.
ניהול משך התאורה הוא כלי חשוב בסביבות מבוקרות לצורך זירוז פריחה או שמירה על מצב וגטטיבי.
הקשר בין PAR, DLI ומשך תאורה:
- PAR מייצג את עוצמת האור שהצמחים מנצלים בכל רגע נתון.
- DLI משקף את ההשפעה המצטברת של ה-PAR לאורך כל היום, תוך שילוב עוצמת האור ומשך התאורה.
- משך תאורה קובע את משך הזמן שבו הצמחים נחשפים לאור, ומשפיע על שלבי ההתפתחות שלהם ותורם ל-DLI הכולל.
באמצעות איזון של הפרמטרים הללו, ניתן להתאים את תנאי התאורה לצרכים הספציפיים של כל סוג צמח ולהשיג תוצאות גידול מיטביות.
מונחים עיקריים בתאורה לגידול צמחים
PAR (Photosynthetic Active Radiation) – טווח אור שהצמח יכול לנצל (400–700 נ״מ).
PPF (Photosynthetic Photon Flux) – סך כל הפוטונים האקטיביים שפולט מקור תאורה לשנייה.
PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) – כמות הפוטונים הנופלים על מ״ר בשנייה – מדד מרכזי לצרכי האור של הצמח.
DLI (Daily Light Integral) – כמה פוטונים הצמח מקבל במהלך יום שלם – חשוב לתכנון שעות ובל יעיל לתוצאות.