Сканирующее устройство двухцветной лазерной развертки для обработки вегетирующих растений с БПЛА
SCANNING DEVICE OF TWO-COLOR LASER SCANNING FOR PROCESSING VEGETATING PLANTS FROM UAVS

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к технологии обработки вегетирующих растений лазерным излучением в ночное время, и может быть использовано в биологии и медицине для исследования влияния доз и интенсивностей, электромагнитных полей оптического диапазона на биологические объекты.
Известно «Сканирующее устройство управления лучом лазера для обработки растений в период вегетации» (см. RU №2732231, МПК А01С 1/00, A01G 7/04. Опуб: 14.09.2020 Бюл. №26). Сканирующее устройство, включающее лазер, призму строчной развертки, воспринимающую луч лазера и развертывающую его в горизонтальную строчную лучевую плоскость, и оптомеханический блок кадровой развертки, преобразующий горизонтальную строчную лучевую плоскость на ряд вертикально-горизонтальных лучевых плоскостей. Оптомеханический блок кадровой развертки выполнен в виде валика с двойной усеченной зеркальной четырехгранной пирамидой, установленной выше горизонтальной лучевой плоскости строчной развертки (на 1/2 радиуса призмы), для получения кадровой развертки луча. Устройство обеспечивает формирование прямоугольного кадра для обработки вегетирующих растений площадью S=a⋅b, где а и b - длины сторон прямоугольного кадра, для обработки больших площадей вегетирующих растений сканирующим кадровым лазерным излучением с высоты полета квадрокоптера 10-15 метров, что обеспечивает эффективную обработку растений за один цикл.
Основными недостатками устройства является формирование не прямоугольного, а ромбовидного кадра, что ведет к большим темновым паузам.
Наиболее близким к заявляемому устройству является, взятое за прототип, «Устройство сканирования лазерного излучения для обработки вегетирующих растений» (см. RU №205659, МПК A01G 7/04, Опуб: 26.07.2021, Бюл. №21). Устройство сканирования лазерного излучения включает лазер, четырехгранное полигональное зеркало строчной развертки, воспринимающего луч лазера и развертывающего его в горизонтальную строчную лучевую плоскость, и оптомеханический блок кадровой развертки, преобразующий горизонтальную строчную лучевую плоскость на ряд вертикально-горизонтальных лучевых плоскостей. Оптомеханический блок кадровой развертки выполнен в виде валика с правильной четырехгранной зеркальной призмой, установленной выше горизонтальной лучевой плоскости строчной развертки (на 1/2 радиуса призмы 3), для получения кадровой развертки луча. Устройство обеспечивает формирование прямоугольного кадра для обработки вегетирующих растений площадью S=а⋅b, где а и b - длины сторон прямоугольного кадра, что обеспечивает эффективную обработку растений за один цикл.
Основным недостатком устройства является применение одного лазера, т.е. одноцветность.
Задачей изобретения является создание сканирующего устройства двухцветной лазерной развертки для обработки вегетирующих растений с БПЛА за один цикл.
Поставленная задача достигается тем, что сканирующее устройство двухцветной лазерной развертки для обработки вегетирующих растений с БПЛА включает расположенные с двух сторон правильной четырехгранной зеркальной призмы кадровой развертки два лазера: один в красном, другой в синем спектральном диапазоне длин волн, два четырехгранных полигональных зеркала строчной развертки, воспринимающих лучи лазера и развертывающих их в горизонтальную лучевую плоскость, два зеркала, возвращающих прошедшие лазерные лучи на правильную четырехгранную зеркальную призму, и оптомеханический блок кадровой развертки, преобразующий горизонтальные лучевые плоскости в вертикально-горизонтальные лучевые плоскости, выполненный в виде валика с правильной четырехгранной зеркальной призмой с горизонтальной осью вращения, расположенной выше лучевой плоскости строчной развертки на величину радиуса вписанной окружности меньшего основания пирамиды, обеспечивающей отклонение луча лазера по стороне а - до 170°, по стороне b - до 175°, что обеспечивает формирование прямоугольного кадра площадью S=а⋅b, где а и b - длины сторон прямоугольного кадра для обработки вегетирующих растений сканирующим кадровым двухцветным лазерным излучением.
Как известно, из всего спектра для жизни растений важна фотосинтетически активная, находящаяся в пределах от 380 до 710 нм, и физиологически активная радиация (300-800 нм), но наиболее значимы красные лучи, спектр которых находится в пределах от 600 до 720 нм и синие со спектром от 400 до 500 нм. Свет этих частей спектра является основным поставщиком энергии для фотосинтеза и образования хлорофилла и влияет на процессы, связанные с изменением скорости развития растения.
Изобретение поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлен общий вид сканирующего устройства двухцветной лазерной развертки, состоящего из:
1, 2 - красный и синий лазеры;
3, 4 - полигональные зеркала;
5, 6 - отражающие прошедший лазерный луч зеркала;
7 - правильная четырехгранная зеркальная призма кадровой развертки.
Устройство двухцветной лазерной развертки для обработки растений в период вегетации (фиг. 1) состоит из двух лазеров 1, 2, двух четырехгранных полигональных зеркал 3, 4, принимающих лучи лазеров и развертывающих их в горизонтальную строчную лучевую плоскость, двух зеркал 5, 6, отражающих прошедшие лазерные лучи на правильную четырехгранную зеркальную призму кадровой развертки, вращающегося валика 7 с правильной четырехгранной зеркальной призмой, преобразующей строчную лучевую плоскость в строчно-кадровую развертку.
Устройство сканирования лазерного излучения для обработки растений в период вегетации работает следующим образом. Лучи лазеров 1, 2 подаются на вращающиеся четырехгранные полигональные зеркала 3, 4 отражаются и развертываются в горизонтальные лучевые плоскости, которые падая на вращающуюся правильную четырехгранную зеркальную призму 7 и отражаясь от граней которой, разлагаются на ряд вертикально-горизонтальных лучевых плоскостей, обеспечивая формирование прямоугольного кадра. Зеркала 5, 6 возвращают прошедшие лазерные лучи на правильную четырехгранную зеркальную призму.
Пример.
30
В качестве исходного материала для опытов была выбрана капуста белокочанная «F1 Снежинка» (селекции ВНИИССОК). Высадка проводилась в начале июня. Среднесуточная дневная температура на момент высадки находилась в пределах +17…+19°С, ночью +11°С. Данный температурный режим является оптимальным для капусты белокочанной. Обработка проводилась сканирующим устройством двухцветной лазерной развертки, параллельно в красном и синем спектральном диапазоне длин волн, в фазу появления листьев в ночное время в 23.
Биометрические измерения растений капусты белокочанной (высота растений, диаметр розетки листьев, диаметр кочана) - проводили согласно «Методике полевого опыта в овощеводстве и бахчеводстве» (1992).
Сбор урожая проходил 17 сентября, средняя температура составила +17°С. Для проведения анализа случайным образом были отобраны десять кочанов в качестве контрольных образцов и десять опытных.
Результаты опыта показали, что масса десятка обработанных кочанов капусты белокочанной составила 35 кг, а десятка без обработки - 22 кг. Самый большой кочан среди опытных образцов имел вес 3500 г, среди контрольных - 1400 г. Масса самого маленького обработанного кочана среди десяти выбранных - 2200 г, самого маленького без обработки - 983 г. Полученные данные показывают увеличение массы капусты белокочанной при обработке сканирующим устройством двухцветной лазерной развертки.
Положительное влияние при обработке сканирующим устройством двухцветной лазерной развертки выражается и в повышении урожайности растений вследствие увеличения его размеров и массы, а также в увеличении пищевой ценности готовой продукции (углеводы в среднем увеличились на 1,282 г/100 г, белки - на 0,256 г/100 г, увеличение жиров не значительно - на 0,001 г/100 г). Таким образом, можно сделать вывод, что обработка сканирующим устройством двухцветной лазерной развертки положительно влияет не только на рост, но и на развитие растений вследствие бесконтактной лазерной стимуляции.
Полученные данные показали, что воздействие сканирующим устройством двухцветной лазерной развертки в красном и синем спектральном диапазоне длин волн положительно воздействует на рост капусты белокочанной «F1 Снежинка», приводя к увеличению массы корнеплодов в среднем на 35-45%. При этом возрастает содержание белков и углеводов в образцах опытных растений, что свидетельствует об активации роста растений вследствие бесконтактной обработки когерентным лазерным излучением. Содержание же пестицидов и токсичных элементов ниже допустимого уровня, следовательно, готовая продукция экологически чистая.
Предложенная конструкция сканирующей двухцветной лазерной развертки позволяет проводить одноцикловую обработку растений в период вегетации двумя лазерами в красном и синем спектральном диапазоне длин волн, что обеспечивает необходимую эффективную дозу лазерной низкоинтенсивной без травмирующей обработки при минимуме энерго- и трудозатрат.