Устройство сканирования лазерного излучения для обработки вегетирующих растений

Полезная модель относится к области сельского хозяйства, в частности, к технологии обработки вегетирующих растений лазерным излучением 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 предпосевной обработки семян» (см. RU №2321032, МПК G02B 6/12, А01С 1/06, 10.08.2004). Сканирующее устройство развертки луча лазера, включающее лазер, призму строчной развертки, воспринимающую луч лазера и развертывающую его в горизонтальную лучевую плоскость, и оптомеханический блок кадровой развертки, преобразующий горизонтальную лучевую плоскость в несколько вертикальных лучевых плоскостей, отличающееся тем, что оптомеханический блок кадровой развертки выполнен в виде валика с многогранными призмами, причем призма строчной развертки и валик с многогранными призмами расположены по разные стороны транспортера с семенами и валик с многогранными призмами преобразует горизонтальную лучевую плоскость в ряд (по числу многогранных призм) вертикальных лучевых плоскостей, пересекающих транспортер с семенами таким образом, что семена на движущемся транспортере последовательно облучаются несколькими импульсами с темновыми интервалами времени, соответствующими дискретному поглощению энергии семенами.
Основным недостатком устройства является ограниченность ширины кадровой развертки, обусловленной количеством зеркальных призм.
Наиболее близким к заявляемому устройству является, взятое за прототип, «Сканирующее устройство управления лучом лазера для обработки растений в период вегетации» (см. RU №2732231, МПК А01С 1/00, A01G 7/04. Опубл: 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=а⋅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.
Основным недостатком устройства является формирование не прямоугольного, а ромбовидного кадра, что ведет к большим темновым паузам.
Задачей полезной модели является создание устройства сканирования лазерного излучения, формирующего прямоугольный кадр для обработки растений в период вегетации за один цикл обработки.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен пример выполнения правильной четырехгранной зеркальной призмы.
На фиг. 2 представлен общий вид устройства сканирования лазерного излучения.
Задача достигается тем, что в устройстве сканирования лазерного излучения для обработки вегетирующих растений, включающее лазер, четырехгранное полигональное зеркало строчной развертки, воспринимающее луч лазера и развертывающее его в горизонтальную лучевую плоскость, и оптомеханический блок кадровой развертки, преобразующий горизонтальную лучевую плоскость в вертикально-горизонтальную лучевую плоскость, выполненный в виде валика, что обеспечивает формирование прямоугольного кадра площадью S=а⋅b, где а и b - длины сторон прямоугольного кадра для обработки вегетирующих растений сканирующим кадровым лазерным излучением, валик оптомеханического блока кадровой развертки выполнен в виде правильной четырехгранной зеркальной призмы.
Правильная четырехгранная зеркальная призма изготовлена из высокопрочного сплава, обеспечивающего минимальную деформацию граней под действием центробежных сил, так как вращение призмы осуществляется со скоростью в пределах от 1500 до 3600 об/мин.
2
Устройство сканирования лазерного излучения для обработки вегетирующих растений (фиг. 2) состоит из лазера 1, четырехгранного полигонального зеркала 2, принимающего луч лазера и развертывающего его в горизонтальную строчную лучевую плоскость, вращающегося валика 3 с правильной четырехгранной зеркальной призмой, преобразующей строчную лучевую плоскость в строчно-кадровую развертку. При нахождении устройства развертки на высоте h ≈ 10 м до вегетирующих растений появляется возможность сформировать прямоугольный кадр площадью S=a⋅b=350×350≈122500 м или 12,25 гектара. При этом ось вращения валика 3 с правильной четырехгранной зеркальной призмой установлена выше горизонтальной лучевой плоскости строчной развертки (на 1/2 радиуса пирамиды 3) для получения кадровой развертки луча.
Устройство сканирования лазерного излучения для обработки вегетирующих растений работает следующим образом. Луч лазера 1 подается на вращающееся четырехгранное полигональное зеркало 2, отражается и развертывается в горизонтальную лучевую плоскость, которая, падая на вращающуюся правильную четырехгранную зеркальную призму 3 и отражаясь от граней которой, разлагается на ряд вертикально-горизонтальных лучевых плоскостей, обеспечивая формирование прямоугольного кадра 4 площадью S=а⋅b, где а и b - длины сторон прямоугольного кадра.
Предложенная конструкция устройства сканирования лазерного излучения позволяет проводить одноцикловую обработку растений в период вегетации, что обеспечивает необходимую эффективную дозу лазерной низкоинтенсивной без травмирующей обработки при минимуме энерго- и трудозатрат.
Пример.
В качестве исходного материала для опыта был взят картофель сорта «Весна белая» раннего созревания как один из основных овощных культур, районированных в Северо-Западном регионе.
00
00
Стимуляция картофеля лазерным излучением производилась в ночное время с 24 до 1 часа, обрабатывалось поле в 1 гектар с высоты 10 метров однократно в период вегетации в фазу появления листьев. Результат обработки вегетирующих растений картофеля показал достоверное повышение полевой всхожести картофеля в среднем на 1,7%, к контролю. Сохранность взошедших растений к уборке при этом возрастала на 2,0%.
Выросшие растения отличались более интенсивным развитием надземной массы и ассимиляционной поверхности листьев. Масса ботвы была на 13,6-24,6% больше, чем в контроле; площадь листьев в расчете на 1 га - на 22,3-24,9 больше, чем в контроле.
Ранние всходы, лучшее развитие надземной массы, формирование большей листовой поверхности обеспечивали повышение продуктивности, а в итоге оказали существенное влияние на урожайность картофеля. Так, лазерная стимуляция увеличивала урожайность клубней на 26,9-30,7% по сравнению с контролем.
Таким образом, стимуляция вегетирующих растений картофеля сорта «Весна белая» низкоинтенсивным лазерным излучением во время вегетации является эффективным приемом повышения урожайности картофеля на 3,51-6,19 т/га по сравнению с контролем 24,75%.
Данное устройство опробовано в 2019 г. на овощном опытном участке крестьянско-фермерском хозяйстве «Ермолино» Новгородской области.