УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН И РАСТЕНИЙ

Устройство относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству и семеноводству, и может быть использовано в качестве устройства для предпосевной лазерной обработки семян и лазерной стимуляции растений различных сельскохозяйственных культур.
Известно сканирующее устройство управления лучом лазера для предпосевной обработки семян (RU 2321032, МПК А01С 1/06, G02B 6/12, опубл. 27.03.2008, бюл. №9), которое состоит из многогранной призмы, воспринимающей луч лазера и развертывающей его в горизонтальную плоскость, а оптомеханический блок кадровой развертки преобразует горизонтальную лучевую плоскость в несколько вертикальных лучевых плоскостей, пересекающих транспортер с семенами.
Недостатком являются ограниченные функциональные возможности устройства, поскольку предложенная конструкция и схема облучения предназначены только для лазерной обработки семян.
Известно также устройство для лазерной обработки семян перед посевом (RU 2328847, МПК А01С 1/00; опубл. 20.07.2008, бюл. №20), которое содержит загрузочный бункер, транспортер для перемещения семян, оптический квантовый генератор и призму строчной развертки луча генератора. Устройство снабжено валиком с отстоящими друг от друга призмами для преобразования луча в несколько вертикальных плоскостей. Валик имеет горизонтальную ось вращения. Призма строчной развертки луча генератора имеет вертикальную ось вращения. Валик с призмами установлен с противоположной стороны транспортера относительно расположения призмы строчной развертки луча генератора. Ось вращения валика расположена выше горизонтальной лучевой плоскости развертки указанной призмы для отражения поступающих от нее лучей на плоскость транспортера. Призмы валика выполнены съемными, в количестве от 2 до 12 призм. Призма строчной развертки луча генератора сдвинута относительно линии луча генератора в горизонтальной плоскости.
Недостатком являются ограниченные функциональные возможности устройства. Конструкция устройства и предложенная схема облучения не позволяют проводить обработку вегетирующих растений, что ограничивает область применения устройства.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для предпосевной обработки семян (RU 2764194, МПК А01С 1/00, опубл. 14.01.2022, бюл. №2). Устройство содержит блок управления, загрузочный бункер с установленными внутри сеткой-отделителем и шестеренчатым разбрасывателем, семена из которого попадают на двухуровневую транспортерную ленту с буртиками, электроприводом, ременной передачей и переворачивателем зерна, и проходят под пылезащищенными отсеками с прозрачными диагностическими окнами, в которых установлены лазерные излучатели с рассеивающими линзами на направляющих, излучением которых облучаются семена.
Недостатком являются ограниченные функциональные возможности устройства. Предложенная материалоемкая схема облучения не позволяет проводить облучение вегетирующих растений, вследствие чего ограничивается область применения устройства в сельскохозяйственном производстве.
Задачей предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей.
Технический результат от использования устройства заключается в обеспечении возможности проведения, как предпосевной лазерной обработки семян, так и лазерного облучения вегетирующих растений, при сохранении высокого качества обработки облучаемых биологических объектов.
Поставленная задача достигается тем, что, по сравнению с известным техническим решением, содержащим сетку-отделитель для семян, шестеренчатый разбрасыватель, транспортерную ленту с буртиками, приводимые в движение электроприводом с ременной передачей и блок управления, закрепленные на каркасе, предложенное техническое решение содержит съемный загрузочный бункер для семян с лотком, в котором находиться сетка-отделитель и шестеренчатый разбрасыватель для подачи семян на транспортерную ленту, над которой по обе стороны установлены полупроводниковые лазерные модули с указателями угла наклона в вертикальной плоскости, продольной направлению движения транспортерной ленты (далее - продольной плоскости) и цилиндрическими линзами, преобразующими лазерный пучок в узкую линию, растянутую в вертикальной плоскости, поперечной направлению движения транспортерной ленты (далее - поперечной плоскости), причем угол наклона полупроводниковых лазерных модулей в продольной плоскости может быть установлен по указателям угла наклона с помощью подвижных соединений, связывающих полупроводниковые лазерные модули с регулируемыми по высоте стойками крепления, присоединенными к каркасу, кроме того шестеренчатый разбрасыватель приводится в движение от электропривода с помощью ременной передачи, соединенной так, что направление вращения шестеренчатого разбрасывателя противоположно направлению вращения электропривода.
На фигурах 1-3 представлено устройство для лазерной обработки семян и растений. На фигуре 1 - вид спереди без съемного загрузочного бункера для семян, на фигуре 2 - вид спереди со съемным загрузочным бункером для семян, на фигуре 3 - вид сверху со съемным загрузочным бункером для семян.
Устройство для лазерной обработки семян и растений содержит полупроводниковые лазерные модули 1, цилиндрические линзы 2, установленные на выходной апертуре полупроводниковых лазерных модулей 1, стойки крепления 3 и подвижные соединения 4, с помощью которых полупроводниковые лазерные модули крепятся к каркасу 15. Для равномерного облучения семян и вегетирующих растений полупроводниковые лазерные модули 1 устанавливаются по обе стороны транспортерной ленты 6 под необходимым углом к облучаемому объекту с помощью, регулируемых по высоте, стоек крепления 3, подвижных соединений 4 и указателей угла наклона в продольной плоскости 5. Под полупроводниковыми лазерными модулями 1 установлена транспортерная лента 6, которая приводится в движение электроприводом 7 с помощью ременной передачи 8.
Устройство для лазерной обработки семян и растений содержит съемный загрузочный бункер для семян 10, в котором находится сетка-отделитель 11 семян от мусора. Для равномерного распределения семян по транспортерной ленте 6 используется шестеренчатый разбрасыватель 12, после которого семена равномерным слоем скатываются по лотку 13 и попадают на транспортерную ленту 6. Шестеренчатый разбрасыватель 12 приводится в движение от электропривода 7 с помощью ременной передачи 8, соединенной с шестеренчатым разбрасывателем 12 так, чтобы он имел противоположное направление вращения по отношению к направлению вращения электропривода 7 транспортера.
Для предотвращения падения семян сельскохозяйственных культур с транспортерной ленты 6 на ней установлены буртики 14.
Для управления технологическим циклом облучения используется блок управления 9 на основе микроконтроллера, электрически связанный с полупроводниковыми лазерными модулями 1 и электроприводом 7. Съемный загрузочный бункер для семян 1 крепится к каркасу 15 с помощью быстро-съемного соединения (на рисунке не показан). Транспортерная лента 6, электропривод 7 и блок управления 9 закреплены на каркасе 15.
Устройство для лазерной обработки семян и растений работает следующим образом.
Предварительно устанавливается угол падения лазерного луча полупроводниковых лазерных модулей 1 на облучаемый объект, и с помощью блока управления 9 на основе микроконтроллера устанавливается необходимое время облучения. Данные параметры определяются для каждой сельскохозяйственной культуры в отдельности при проведении лабораторных исследований.
Цилиндрические линзы 2 на выходной апертуре полупроводниковых лазерных модулей 1 отъюстированы таким образом, чтобы лазерный пучок формировал узкую линию, растянутую в поперечной плоскости. Равномерность облучения облучаемых объектов достигается расположенными по обе стороны транспортерной ленты 6 полупроводниковыми лазерными модулями 1 с возможностью изменения угла падения лазерного пучка. Угол падения лазерного пучка полупроводниковых лазерных модулей 1 на облучаемый объект устанавливается исходя из его размерных характеристик с помощью регулируемых по высоте стоек крепления 3, подвижных соединений 4 и указателей угла наклона в продольной плоскости 5.
Углы наклона источников лазерного излучения индивидуальны для разных облучаемых объектов и предварительно рассчитываются в лабораторных условиях, исходя из максимальной освещенности облучаемого объекта источниками лазерного излучения, по формуле:
где:
об
Е - освещенность объекта;
ф
К - коэффициент формы поверхности тела, равный: cosα - для горизонтальной плоской поверхности; sinα - для вертикальной плоской поверхности; l - для горизонтальной плоской поверхности, расположенной перпендикулярно потоку излучения; 0,5 - для сферической поверхности; 0,64 - для цилиндрической поверхности, расположенной горизонтально, нормально к распределению потока излучения; 0,64cosα - для цилиндрической поверхности, расположенной продольно к распределению потока излучения;
Р - мощность лазерного излучения на выходе из цилиндрической линзы;
F(α) - нормированное распределение плотности мощности лазерного излучения в зависимости от угла α, отсчитываемого от оси симметрии лазерного излучателя, в поперечной плоскости;
b - угол между осью симметрии лазерного излучателя и нормалью к транспортерной ленте в продольной плоскости;
h - высота подвеса излучателя;
θ - угол расходимости лазерного излучения на выходе из цилиндрической линзы.
Для повышения функциональной активности вегетирующих растений проводят их лазерную стимуляцию. Для этого растения с закрытой корневой системой оператор располагает на транспортерной ленте 6. Двигаясь по транспортерной ленте 6, растения равномерно облучаются излучением полупроводниковых лазерных модулей 1, установленных над транспортерной лентой 6. После проведения облучения растения снимают с транспортерной ленты 6 и располагают в местах их последующего пребывания.
При проведении предпосевной лазерной обработки семян сельскохозяйственных культур используется съемный загрузочный бункер для семян 10, который крепится к каркасу 15 с помощью быстросъемного соединения (на рисунке не показан). Для проведения лазерной обработки оператор засыпает семена в съемный загрузочный бункер для семян 10. С помощью сетки-отделителя 11 происходит отделение семян от мусора. Далее, через шестеренчатый разбрасыватель 12, который приводит в движение электропривод 7 с помощью ременной передачи 8, скатываясь по лотку 13, семена равномерным слоем попадают на транспортерную ленту 6. Двигаясь по транспортерной ленте 6, семена равномерно облучаются излучением полупроводниковых лазерных модулей 1, установленных над транспортерной лентой 6. После проведения облучения семена попадают в емкости для их последующего хранения до посадки.
Блок управления 9 на основе микроконтроллера в зависимости от заданного времени облучения подбирает необходимую скорость вращения электропривода 7, который приводит в движение транспортерную ленту 6 и шестеренчатый разбрасыватель 12 с помощью ременной передачи 8.
Таким образом, предложенная схема облучения со съемным загрузочным бункером для семян и расположенными по обе стороны транспортерной ленты регулируемыми по высоте и углу наклона полупроводниковыми лазерными модулями с цилиндрическими линзами обеспечивает не только предпосевную лазерную обработку семян, но и лазерную стимуляцию вегетирующих растений, что позволяет расширить область использования устройства в сельскохозяйственном производстве при сохранении высокого качества облучения биологических объектов. Кроме того, в предложенном устройстве снижена материалоемкость, что сокращает затраты на его изготовление.