Сини лазери за автоматизирано органично лазерно плевене
Сини лазери за прецизно и устойчиво земеделие
Непрекъснато увеличаващото се население на света води до необходимостта от интензивно производство на храни. Един от факторите, ограничаващи добивите в градинарството, е неефективният контрол на плевелите и макар че има широко използвани методи, те невинаги са най-добрите решения. Широко разпространените химически методи за премахване на плевелите пораждат опасения за безопасността на храните и околната среда, докато физическият контрол на плевелите може да намали добива от културите, като увреди растенията или други полезни за тях организми.
Именно тук се намесват лазерите. През последните няколко десетилетия изследванията доказаха, че лазерното третиране може да бъде ефективно използвано за унищожаване на плевели. А благодарение на последните разработки в областта на машинното зрение и роботиката с изкуствен интелект лазерното плевене се превръща в изключително прецизен, органичен, високоавтоматизиран и икономически ефективен метод.
Но тази технология все още е сравнително нова и затова има своите недостатъци. Повечето от тях произтичат от използването на CO2 лазери, които разчитат на нагряване на плевела, за да увредят клетките му. Това изисква висока оптична мощност, а получената топлина може да окаже отрицателно въздействие върху културата. Нещо повече, за да достигнат тези високи мощности, CO2 лазерите изискват много енергия поради сравнително ниската си ефективност, а това налага използването на генератори за високо напрежение.
Доста често земеделската среда е суха и има много сухи растителни части, което в комбинация с високото напрежение увеличава опасността от пожар. Високата енергия също така означава, че трябва да се разсейва много топлина, така че CO2 лазерите обикновено изискват използването на модули за водно охлаждане. Това, заедно с големия размер на CO2 лазерите, прави системата доста голяма и тежка. Всички тези недостатъци показват, че е необходимо да се избере по-подходящ тип лазер за тази задача.
Именно тук се появява най-съвременната технология за сини лазери.
Нашата мисия
Ние вярваме, че успехът на нашите клиенти е и наш успех. Ето защо не разработваме системи за изкуствен интелект - ние сме специализирани в изграждането на надежден, високопроизводителен лазерен хардуер. Нашият фокус винаги е бил върху качеството, прецизността и дългосрочното доверие. С богат опит на полето и партньорства с над 7 интегратора, ние предоставяме реални, изпитани решения, които работят в селското стопанство - не само на теория.
В Opt Lasers ние не просто продаваме компоненти - ние създаваме съвместно вашата система за плевене. Нашата патентована технология, доказаната подкрепа за интегриране и прякото сътрудничество с производителите ни правят повече от доставчик. Ние сме вашият партньор за разработка.
Независимо дали изграждате роботизирана плевелна система, автономна платформа или агротехнологично решение от следващо поколение - ние ще ви помогнем да я подготвите за работа на полето.
Доказана на полето производителност в реални земеделски условия
Нашите сини диодни лазерни системи не са просто лабораторно тествани - те са активно тествани и внедрени на полето от над 7 интеграционни партньори в цяла Европа. От сухи среди до ферми за зеленчуци с висока гъстота, нашата технология постоянно осигурява прецизен, ефективен и безопасен контрол на плевелите.
Всеки партньор е помогнал за валидирането и усъвършенстването на нашите системи чрез използване в реални условия. Непрекъснато си сътрудничим в разработването на нови поколения лазерни модули с напълно приспособими конфигурации, съобразени с вашето приложение - независимо дали това означава увеличаване на скоростта, подобряване на степента на унищожаване на плевелите или намаляване на режийните разходи за поддръжка.
Нашият инженерен екип работи директно с производителите на оригинално оборудване и компаниите за автоматизация, като предоставя насоки не само за лазерната система, но и за оптимизиране на самата машина - от разположението на охлаждането до ъглите на сканиране и сигналите за управление. Подкрепяме нашите партньори на всеки етап от разработването на продукта - от доказването на концепцията до пускането му на пазара.
Сравнение на лазерните технологии - сини срещу инфрачервени срещу CO₂
Таблицата по-долу показва сравнение на различните дължини на вълната, използвани за лазерно плевене. Стойностите са мащабирани до 320W оптична изходна мощност, приложено е течно охлаждане, а оригиналните стойности са взети от спецификацията на съществуващите продукти:
| Характеристика | 450 nm синя светлина (системата на утрешния ден) | 2000 nm IR | 10600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Ефективност (стенен щепсел за променлив ток) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Оптична изходна мощност | 320 W | 320 W | 320 W |
| Обща консумирана мощност на системата (вкл. охлаждане) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Тегло (лазер + електроника) | 14 кг | 48 кг | 18 кг |
| Тегло с охлаждане и корпус | 44 кг | 88 кг | 118 кг |
| Емисии на CO₂ за 100 часа употреба (700 g CO₂/kWh) |
119 кг | 182 кг | 200 кг |
| % на преминаване за 1 mm воден слой | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Обем на лазерния източник | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Цена на ват | 37,5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Със своята несравнима трансмисия през вода, висока ефективност, ниско тегло и по-малко въздействие върху околната среда, синята лазерна технология се откроява като бъдещето на безопасното и мащабируемо лазерно плевене.
Сравнение и обяснение на електрическата ефективност
Ефективността на лазерната система е от решаващо значение за свеждане до минимум на потреблението на енергия, намаляване на оперативните разходи и осигуряване на надеждна работа при полеви приложения. Ето как електрическата ефективност се сравнява между 2000 nm IR, CO₂ и 450 nm сини лазерни системи:
2000 nm IR лазери: 200W инфрачервен лазер обикновено консумира 1200W електрическа енергия, което води до ефективност от 17% само при лазера. Той обаче изисква и воден охладител с мощност 1700 W за разсейване на топлината, който консумира 600 W на входа. Като се коригира за охлаждащия товар (424 W), крайната ефективност на системата става 12,3 %.
Лазери CO₂: 130W CO₂ лазерна тръба с нейното захранване консумира 860W. Същият 1700W охладител допринася с още 303W (на базата на пропорционалния товар). Общият коефициент на полезно действие спада до 11,2 %.
Сини лазери с дължина на вълната 450 nm (системата на утрешния ден): 120W син лазер консумира 356W, използва 95% ефективни драйвери и 62W въздушно охлаждане. Резултатът е 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7%. При използване на 48V захранване с 91% ефективност общата ефективност на системата става 24,3%. За 320W конфигурации с течно охлаждане ефективността може да намалее до около 19%, като общата мощност на системата достига 1800W.
Tomorrow's System постига тези високи стойности чрез собствена разработка както на лазерните източници, така и на специалните драйвери. За разлика от тях, много от готовите драйвери работят само при 70-90% ефективност, което значително понижава ефективността на цялата лазерна система.
Абсорбция на вода и доза на облъчване - ключови фактори при лазерното плевене
Абсорбцията на вода оказва значително влияние върху предаването на лазерната светлина и действителната доза енергия, получавана от плевелите. Лазерните системи, работещи с различни дължини на вълната, показват значително различно поведение при взаимодействие с водни капки върху растителните повърхности.
Предаване през вода: За тънък 0,1 mm слой вода синята лазерна светлина преминава почти без загуби(99,99 %), докато инфрачервената светлина с дължина на вълната 2000 nm спада до 90,48 %, а лазерната светлина CO₂ спада почти до нула(0,004 %). Дори малко количество влага може да блокира напълно CO₂ и частично да потисне 2000 nm лазерно облъчване.
При слой вода с дебелина 1 mm коефициентите на пропускане са:
- Син лазер: 99,99 %
- 2000 nm лазер: 36.79%
- CO₂ лазер: 0%
Влияние върху дозата на облъчване: В кратките прозорци на третиране (50-100 ms) една водна капка (5×5×1 mm³) поглъща цялата доза CO₂ и около 63 % от дозата на 2000 nm лазер. При инфрачервения лазер тази погълната енергия повишава температурата на капката от 20 °C до кипене, като се използват само 8,4 W, но само 8-10 % от нея ще се изпари. Това ограничава количеството енергия, което реално достига до плевелите, като намалява ефективността.
Наводнени или напоявани полета: В дълбоки водни слоеве, като например оризови полета (10 cm), сините лазери все още предават над 99 % от енергията до целта, докато лазерите с дължина на вълната 2000 nm и CO₂ предават почти нула.
Този анализ показва, че дори лекият дъжд или напояването оказват значително влияние върху ефективността на инфрачервените и CO₂ лазери, докато сините лазерни системи остават високо ефективни във влажна среда.
Тегло, размери и влиянието им върху интеграцията
При мобилните или полеви лазерни системи теглото и физическите размери оказват значително влияние върху интеграцията, мобилността и консумацията на енергия. Сините лазери предлагат ясни предимства и в двете области:
Общото тегло на 320W синя лазерна система, включително охлаждането, се оценява на едва 14 kg. За разлика от тях 200W 2000 nm лазерна система тежи около 61 kg заедно с охлаждащия агрегат, а типичната CO₂ лазерна инсталация тежи приблизително 48 kg. Това означава, че два сини лазерни модула заедно все още тежат по-малко от една 2000 nm или CO₂ лазерна система.
По отношение на размерите сините лазери са изключително компактни. Синият лазерен модул с мощност 320 W е с размери не повече от 100×300×300 mm - под 10 dm³. За сравнение, една лазерна система с дължина на вълната 2000 nm заема над 169 dm³, а лазерната система CO₂ достига 92-97 dm³. Освен това CO₂ лазерите често са изградени от крехки стъклени тръби с дължина до 165 cm, което ги прави трудни за монтиране или защита в мобилни условия.
В заключение, сините лазери са повече от 12 пъти по-малки от инфрачервените лазери с дължина на вълната 2000 nm и над 7 пъти по-малки от лазерните системи CO₂. Тези компактни размери позволяват монтиране на леки селскостопански превозни средства или роботизирани ръце, което значително увеличава гъвкавостта при разгръщане на полето.
Усъвършенстване на прецизния контрол на плевелите със синя лазерна технология
Изследванията показват, че ефектът, който лазерите оказват върху плевелите, зависи от оптичната мощност, времето на експозиция, размера на петното и най-вече от дължината на лазерната вълна. Известно е, че синята светлина е силно абсорбирана от органичните вещества и такъв е случаят с по-голямата част от растенията. Това се дължи на хлорофила, използван при кислородната фотосинтеза, и по-точно на два вида хлорофил: хлорофил-а и хлорофил-б. При разглеждане на спектъра на поглъщане на тези два пигмента става ясно, че синята светлина е много подходяща, с пикове на поглъщане при 430 nm (а-тип) и 470 nm (b-тип). Благодарение на това синьото лазерно плевене изисква по-ниски оптични мощности за ефективно отстраняване на нежеланите растения.
Но не само абсорбцията прави сините лазери, и по-специално сините диодни лазери, подходящи за лазерно плевене. Сините диодни лазерни системи са много по-компактни в сравнение с CO2 системите, което прави сините лазери лесни за инсталиране на различни машини и позволява монтирането на много устройства последователно. Ефективно, сините лазери позволяват обработката на по-голяма площ наведнъж, което увеличава скоростта на целия процес.
Сините диодни лазери са нисковолтови системи за постоянен ток, което означава, че те са по-безопасни за използване в суха среда от CO2 лазерите и в същото време са по-безопасни за работниците (тъй като CO2 лазерите използват променливо напрежение). Сините лазерни диодни системи са леки и не изискват водно охлаждане, което се отразява положително на разхода на гориво на превозните средства. Размерът на лазерното петно е силно регулируем, така че може да бъде пригоден както за високопрецизна обработка, така и за работа на голяма площ. Лазерните диоди имат и по-висока ефективност от CO2 лазерите, така че в комбинация с дългия си живот са много рентабилно решение.
Предимства на синия диоден лазер при плевене:
- Дължина на вълната, силно поглъщана от растенията - няма нужда от изключително високи оптични мощности
- Безконтактният метод означава, че няма физическо увреждане
- Щадящ околната среда
- Компактен размер и ниско тегло
- Икономически ефективен, изисква минимална поддръжка
