Μπλε λέιζερ για αυτοματοποιημένη οργανική ζιζανιοκτονία με λέιζερ
Μπλε λέιζερ ακριβείας για τη βιώσιμη γεωργία
Ο συνεχώς αυξανόμενος παγκόσμιος πληθυσμός οδηγεί στην ανάγκη για έντονη παραγωγή τροφίμων. Ένας από τους παράγοντες που περιορίζουν την απόδοση των κηπευτικών είναι ο αναποτελεσματικός έλεγχος των ζιζανίων και ενώ υπάρχουν μέθοδοι που χρησιμοποιούνται ευρέως, δεν είναι απαραίτητα οι καλύτερες λύσεις. Οι ευρέως διαδεδομένες χημικές μέθοδοι απομάκρυνσης ζιζανίων εγείρουν ανησυχίες για την ασφάλεια των τροφίμων και το περιβάλλον, ενώ η φυσική καταπολέμηση των ζιζανίων μπορεί να μειώσει την απόδοση της καλλιέργειας καταστρέφοντας τα φυτά ή άλλους οργανισμούς που είναι ωφέλιμοι για αυτά.
Σε αυτό το σημείο έρχονται να βοηθήσουν τα λέιζερ. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες η έρευνα έχει αποδείξει ότι η επεξεργασία με λέιζερ μπορεί να αναπτυχθεί αποτελεσματικά για την εξόντωση ζιζανίων. Και χάρη στις πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνητή μηχανική όραση και τη ρομποτική, η ζιζανιοκτονία με λέιζερ γίνεται μια εξαιρετικά ακριβής, οργανική, ιδιαίτερα αυτοματοποιημένη και οικονομικά αποδοτική μέθοδος.
Όμως η τεχνολογία αυτή είναι ακόμη αρκετά νέα και γι' αυτό έχει τα μειονεκτήματά της. Τα περισσότερα από αυτά απορρέουν από τη χρήση λέιζερ CO2, τα οποία βασίζονται στη θέρμανση του ζιζανίου προκειμένου να καταστρέψουν τα κύτταρά του. Αυτό απαιτεί υψηλές οπτικές δυνάμεις και η θερμότητα που προκύπτει μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την καλλιέργεια. Επιπλέον, για την επίτευξη αυτών των υψηλών δυνάμεων τα λέιζερ CO2 απαιτούν πολλή ενέργεια λόγω της αρκετά χαμηλής απόδοσής τους, και αυτό απαιτεί τη χρήση γεννητριών υψηλής τάσης.
Αρκετά συχνά το γεωργικό περιβάλλον είναι ξηρό και έχει πολλά ξηρά φυτικά μέρη, γεγονός που σε συνδυασμό με την υψηλή τάση αυξάνει τον κίνδυνο πυρκαγιάς. Η υψηλή ενέργεια σημαίνει επίσης ότι πρέπει να διαχέεται πολλή θερμότητα, οπότε τα λέιζερ CO2 απαιτούν συνήθως τη χρήση μονάδων ψύξης με νερό. Αυτό, μαζί με το μεγάλο μέγεθος των λέιζερ CO2, καθιστά το σύστημα αρκετά ευμεγέθες και βαρύ. Όλα αυτά τα μειονεκτήματα δείχνουν ότι υπάρχει ανάγκη επιλογής ενός πιο κατάλληλου τύπου λέιζερ για την εργασία αυτή.
Σε αυτό το σημείο έρχεται στο προσκήνιο η σύγχρονη τεχνολογία μπλε λέιζερ.
Η αποστολή μας
Πιστεύουμε ότι η επιτυχία των πελατών μας είναι και δική μας επιτυχία. Γι' αυτό δεν αναπτύσσουμε συστήματα τεχνητής νοημοσύνης - ειδικευόμαστε στην κατασκευή αξιόπιστου υλικού λέιζερ υψηλής απόδοσης. Η εστίασή μας ήταν πάντα στην ποιότητα, την ακρίβεια και τη μακροπρόθεσμη εμπιστοσύνη. Με εκτεταμένη εμπειρία στο πεδίο και συνεργασίες με περισσότερους από 7 ολοκληρωτές, παρέχουμε πραγματικές, δοκιμασμένες λύσεις που λειτουργούν στη γεωργία - όχι μόνο στη θεωρία.
Στην Opt Lasers, δεν πουλάμε απλώς εξαρτήματα - συν-δημιουργούμε το σύστημα βοτανίσματος σας. Η κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τεχνολογία μας, η αποδεδειγμένη υποστήριξη ολοκλήρωσης και η άμεση συνεργασία μας με τους κατασκευαστές μας καθιστούν κάτι περισσότερο από έναν προμηθευτή. Είμαστε ο συνεργάτης σας για την ανάπτυξή σας.
Είτε κατασκευάζετε ένα ρομποτικό ζιζανιοκτόνο, μια αυτόνομη πλατφόρμα ή μια λύση αγροτικής τεχνολογίας επόμενης γενιάς - θα σας βοηθήσουμε να το καταστήσετε έτοιμο για τον αγρό.
Αποδεδειγμένες επιδόσεις σε πραγματικές γεωργικές συνθήκες
Τα συστήματα λέιζερ μπλε διόδων μας δεν είναι απλώς εργαστηριακά δοκιμασμένα - έχουν δοκιμαστεί και αναπτυχθεί ενεργά στο πεδίο από περισσότερους από 7 συνεργάτες ολοκλήρωσης σε όλη την Ευρώπη. Από ξηρά περιβάλλοντα έως καλλιέργειες λαχανικών υψηλής πυκνότητας, η τεχνολογία μας έχει προσφέρει σταθερά ακριβή, αποτελεσματικό και ασφαλή έλεγχο ζιζανίων.
Κάθε συνεργάτης έχει συμβάλει στην επικύρωση και βελτίωση των συστημάτων μας μέσω της πραγματικής χρήσης. Συνεργαζόμαστε συνεχώς για την ανάπτυξη νέων γενιών μονάδων λέιζερ, με πλήρως προσαρμόσιμες διαμορφώσεις προσαρμοσμένες στην εφαρμογή σας - είτε αυτό σημαίνει αύξηση της ταχύτητας, βελτίωση του ποσοστού εξόντωσης ζιζανίων ή μείωση των γενικών εξόδων συντήρησης.
Η ομάδα μηχανικών μας συνεργάζεται άμεσα με κατασκευαστές ΟΕΜ και εταιρείες αυτοματισμού, παρέχοντας καθοδήγηση όχι μόνο για το σύστημα λέιζερ, αλλά και για τη βελτιστοποίηση του ίδιου του μηχανήματος - από τη διάταξη ψύξης έως τις γωνίες σάρωσης και τα σήματα ελέγχου. Υποστηρίζουμε τους συνεργάτες μας σε κάθε βήμα της ανάπτυξης προϊόντων, από την απόδειξη της ιδέας έως την εμπορική διάθεση.
Σύγκριση τεχνολογιών λέιζερ - Μπλε vs IR vs CO₂
Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει τη σύγκριση των διαφορετικών μηκών κύματος που χρησιμοποιούνται για το βοτάνισμα με λέιζερ. Οι τιμές κλιμακώνονται σε οπτική ισχύ εξόδου 320W, εφαρμόζεται υγρή ψύξη και οι αρχικές τιμές προέρχονται από τις προδιαγραφές των υφιστάμενων προϊόντων:
| Χαρακτηριστικό γνώρισμα | Μπλε 450 nm (σύστημα του αύριο) | 2000 nm IR | 10600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Απόδοση (πρίζα AC) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Οπτική ισχύς εξόδου | 320 W | 320 W | 320 W |
| Συνολική απορρόφηση ισχύος συστήματος (συμπεριλαμβανομένης της ψύξης) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Βάρος (λέιζερ + ηλεκτρονικά) | 14 kg | 48 kg | 18 kg |
| Βάρος με ψύξη και περίβλημα | 44 kg | 88 kg | 118 kg |
| Εκπομπές CO₂ ανά 100 ώρες χρήσης (700 g CO₂/kWh) |
119 kg | 182 kg | 200 kg |
| Ποσοστό διέλευσης για στρώμα νερού 1 mm | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Όγκος πηγής λέιζερ | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Τιμή ανά Watt | 37,5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Με την απαράμιλλη μετάδοση μέσα από το νερό, την υψηλή απόδοση, το χαμηλό βάρος και τις χαμηλότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις, η τεχνολογία μπλε λέιζερ ξεχωρίζει ως το μέλλον της ασφαλούς και επεκτάσιμης ζιζανιοκτονίας με λέιζερ.
Σύγκριση και επεξήγηση της ηλεκτρικής απόδοσης
Η αποδοτικότητα του συστήματος λέιζερ είναι κρίσιμη για την ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας, τη μείωση του λειτουργικού κόστους και τη διασφάλιση αξιόπιστων επιδόσεων σε εφαρμογές πεδίου. Ακολουθεί η σύγκριση της ηλεκτρικής απόδοσης μεταξύ των συστημάτων IR 2000 nm, CO₂ και μπλε λέιζερ 450 nm:
Λέιζερ IR 2000 nm: Ένα λέιζερ IR 200W αντλεί συνήθως 1200W ηλεκτρικής ισχύος, αποδίδοντας απόδοση μόνο για το λέιζερ 17%. Ωστόσο, απαιτεί επίσης έναν ψύκτη νερού ονομαστικής ισχύος 1700W απαγωγής θερμότητας, καταναλώνοντας 600W εισόδου. Προσαρμόζοντας το φορτίο ψύξης (424W), η τελική απόδοση του συστήματος γίνεται 12,3%.
Λέιζερ CO₂: Ένας σωλήνας λέιζερ CO₂ 130W με το τροφοδοτικό του καταναλώνει 860W. Ο ίδιος ψύκτης 1700W συνεισφέρει άλλα 303W (με βάση το αναλογικό φορτίο). Η προκύπτουσα συνολική απόδοση πέφτει στο 11,2%.
Μπλε λέιζερ 450 nm (σύστημα του αύριο): Ένα μπλε λέιζερ 120W αντλεί 356W, χρησιμοποιεί οδηγούς με απόδοση 95% και 62W ψύξης αέρα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7%. Χρησιμοποιώντας ένα τροφοδοτικό 48V με απόδοση 91%, η συνολική απόδοση του συστήματος γίνεται 24,3%. Για διαμορφώσεις 320W με υγρή ψύξη, η απόδοση μπορεί να μειωθεί σε περίπου 19%, με τη συνολική ισχύ του συστήματος να φτάνει τα 1800W.
Το Tomorrow's System επιτυγχάνει αυτές τις υψηλές τιμές μέσω του εσωτερικού σχεδιασμού τόσο των πηγών λέιζερ όσο και των ειδικών οδηγών. Αντίθετα, πολλοί έτοιμοι οδηγοί λειτουργούν μόνο με απόδοση 70-90%, γεγονός που μειώνει σημαντικά την απόδοση ολόκληρου του συστήματος λέιζερ.
Απορρόφηση νερού και δόση ακτινοβολίας - βασικοί παράγοντες στο ζιζάνιο με λέιζερ
Η απορρόφηση του νερού επηρεάζει σημαντικά τη μετάδοση του φωτός λέιζερ και την πραγματική δόση ενέργειας που λαμβάνουν τα ζιζάνια. Τα συστήματα λέιζερ που λειτουργούν σε διαφορετικά μήκη κύματος παρουσιάζουν πολύ διαφορετική συμπεριφορά όταν αλληλεπιδρούν με σταγονίδια νερού σε φυτικές επιφάνειες.
Μετάδοση μέσω του νερού: Για ένα λεπτό στρώμα νερού 0,1 mm, το μπλε φως λέιζερ μεταδίδεται σχεδόν χωρίς απώλειες(99,99%), ενώ το φως IR 2000 nm πέφτει στο 90,48% και το φως CO₂ λέιζερ πέφτει σχεδόν στο μηδέν(0,004%). Ακόμη και μια μικρή ποσότητα υγρασίας μπορεί να εμποδίσει πλήρως το CO₂ και να καταστείλει εν μέρει την ακτινοβολία λέιζερ 2000 nm.
Με ένα στρώμα νερού 1 mm, οι συντελεστές μετάδοσης είναι:
- Μπλε λέιζερ: 99,99%
- Λέιζερ 2000 nm: 36.79%
- CO₂ λέιζερ: 0%
Επίδραση στη δόση ακτινοβολίας: Σε μικρά παράθυρα επεξεργασίας (50-100 ms), ένα σταγονίδιο νερού (5×5×1 mm³) απορροφά ολόκληρη τη δόση CO₂ και περίπου το 63% της δόσης του λέιζερ 2000 nm. Για το λέιζερ IR, αυτή η απορροφούμενη ενέργεια αυξάνει τη θερμοκρασία του σταγονιδίου από τους 20°C σε βρασμό χρησιμοποιώντας μόλις 8,4 W, αλλά μόνο το 8-10% αυτής θα εξατμιστεί. Αυτό περιορίζει το πόση ενέργεια φτάνει πραγματικά στο ζιζάνιο, μειώνοντας την αποτελεσματικότητα.
Πλημμυρισμένα ή αρδευόμενα χωράφια: Σε βαθιά στρώματα νερού, όπως οι ορυζώνες (10 cm), τα μπλε λέιζερ εξακολουθούν να μεταδίδουν πάνω από το 99% της ενέργειας στο στόχο, ενώ τα λέιζερ 2000 nm και CO₂ παρέχουν σχεδόν μηδενική ενέργεια.
Η ανάλυση αυτή δείχνει ότι ακόμη και μια ελαφριά βροχή ή άρδευση επηρεάζει σημαντικά την απόδοση των λέιζερ IR και CO₂, ενώ τα μπλε συστήματα λέιζερ παραμένουν εξαιρετικά αποτελεσματικά σε υγρά περιβάλλοντα.
Βάρος, διαστάσεις και η επίδρασή τους στην ενσωμάτωση
Στα κινητά ή επιτόπια συστήματα λέιζερ, το βάρος και οι φυσικές διαστάσεις επηρεάζουν σημαντικά την ενσωμάτωση, την κινητικότητα και την κατανάλωση ενέργειας. Τα μπλε λέιζερ προσφέρουν σαφή πλεονεκτήματα και στους δύο τομείς:
Το συνολικό βάρος ενός συστήματος μπλε λέιζερ 320W, συμπεριλαμβανομένης της ψύξης, υπολογίζεται σε μόλις 14 kg. Αντίθετα, ένα σύστημα λέιζερ 200W 2000 nm ζυγίζει περίπου 61 kg με το σύνολο ψύξης και μια τυπική διάταξη λέιζερ CO₂ ζυγίζει περίπου 48 kg. Αυτό σημαίνει ότι δύο μονάδες μπλε λέιζερ συνδυαστικά εξακολουθούν να ζυγίζουν λιγότερο από ένα μεμονωμένο σύστημα λέιζερ 2000 nm ή CO₂.
Από πλευράς διαστάσεων, τα μπλε λέιζερ είναι εξαιρετικά συμπαγή. Μια μονάδα μπλε λέιζερ 320W δεν ξεπερνά σε διαστάσεις τα 100×300×300 mm - κάτω από 10 dm³. Συγκριτικά, ένα σύστημα λέιζερ 2000 nm καταλαμβάνει πάνω από 169 dm³ και ένα σύστημα λέιζερ CO₂ φτάνει τα 92-97 dm³. Επιπλέον, τα λέιζερ CO₂ κατασκευάζονται συχνά από εύθραυστους γυάλινους σωλήνες, μήκους έως και 165 cm, γεγονός που καθιστά δύσκολη την τοποθέτηση ή την προστασία τους σε κινητές εγκαταστάσεις.
Συμπερασματικά, τα μπλε λέιζερ είναι πάνω από 12 φορές μικρότερα από τα λέιζερ IR 2000 nm και πάνω από 7 φορές μικρότερα από τα συστήματα λέιζερ CO₂. Αυτές οι συμπαγείς διαστάσεις επιτρέπουν την τοποθέτηση σε ελαφριά γεωργικά οχήματα ή ρομποτικούς βραχίονες, αυξάνοντας δραματικά την ευελιξία στην ανάπτυξη στο πεδίο.
Προώθηση του ελέγχου ζιζανίων ακριβείας με την τεχνολογία μπλε λέιζερ
Έρευνες έχουν δείξει ότι η επίδραση που έχουν τα λέιζερ στα ζιζάνια εξαρτάται από την οπτική ισχύ, το χρόνο έκθεσης, το μέγεθος της κηλίδας και κυρίως από το μήκος κύματος του λέιζερ. Το μπλε φως είναι γνωστό ότι απορροφάται σε μεγάλο βαθμό από την οργανική ύλη και αυτό συμβαίνει με τη συντριπτική πλειονότητα των φυτών. Αυτό οφείλεται στη χλωροφύλλη που χρησιμοποιείται στην οξυγονική φωτοσύνθεση, και για να είμαστε πιο ακριβείς, σε δύο τύπους χλωροφύλλης: τη χλωροφύλλη-α και τη χλωροφύλλη-β. Εξετάζοντας το φάσμα απορρόφησης και των δύο αυτών χρωστικών γίνεται φανερό ότι το μπλε φως ταιριάζει πολύ, με κορυφές απορρόφησης στα 430nm (τύπος α) και 470nm (τύπος β). Χάρη σε αυτό, το βοτάνισμα με μπλε λέιζερ απαιτεί χαμηλότερες οπτικές ισχύι για την αποτελεσματική απομάκρυνση των ανεπιθύμητων φυτών.
Αλλά δεν είναι μόνο η απορρόφηση που καθιστά τα μπλε λέιζερ, και συγκεκριμένα τα μπλε διοδικά λέιζερ, κατάλληλα για ζιζανιοκτονία με λέιζερ. Τα μπλε συστήματα λέιζερ διόδων είναι πολύ πιο συμπαγή σε σύγκριση με τα συστήματα CO2, γεγονός που καθιστά εύκολη την εγκατάσταση των μπλε λέιζερ σε διάφορα μηχανήματα και επιτρέπει την τοποθέτηση πολλών μονάδων σε σειρά. Ουσιαστικά, τα μπλε λέιζερ επιτρέπουν την επεξεργασία μεγαλύτερης έκτασης ταυτόχρονα, γεγονός που αυξάνει την ταχύτητα της όλης διαδικασίας.
Τα μπλε διοδικά λέιζερ είναι συστήματα χαμηλής τάσης, συνεχούς ρεύματος, πράγμα που σημαίνει ότι είναι ασφαλέστερα για χρήση σε ξηρά περιβάλλοντα από ό,τι τα λέιζερ CO2 και, ταυτόχρονα, ασφαλέστερα για τους εργαζόμενους (δεδομένου ότι τα λέιζερ CO2 χρησιμοποιούν τάση εναλλασσόμενου ρεύματος). Τα μπλε συστήματα διόδων λέιζερ είναι ελαφριά και δεν απαιτούν ψύξη με νερό, γεγονός που επηρεάζει θετικά την κατανάλωση καυσίμου των οχημάτων. Το μέγεθος της κηλίδας του λέιζερ είναι εξαιρετικά ρυθμιζόμενο, ώστε να μπορεί να προσαρμοστεί είτε για επεξεργασία υψηλής ακρίβειας, είτε για λειτουργία μεγάλης έκτασης. Οι δίοδοι λέιζερ έχουν επίσης υψηλότερη απόδοση από τα λέιζερ CO2, οπότε σε συνδυασμό με τη μεγάλη διάρκεια ζωής τους αποτελούν μια πολύ αποδοτική λύση.
Πλεονεκτήματα της ζιζανιοκτονίας με μπλε δίοδο λέιζερ:
- Μήκος κύματος που απορροφάται σε μεγάλο βαθμό από τα φυτά - δεν απαιτείται εξαιρετικά υψηλή οπτική ισχύς
- Μέθοδος μη επαφής σημαίνει ότι δεν υπάρχουν φυσικές ζημιές
- Φιλικό προς το περιβάλλον
- Συμπαγές μέγεθος και χαμηλό βάρος
- Οικονομικά αποδοτικό, απαιτεί ελάχιστη συντήρηση
Opt Lasers Συστήματα μπλε λέιζερ για ζιζανιοκτονία με λέιζερ
| GLE-S-30-B | GLE-S-60-B | GLE-S-120-B | Προσαρμοσμένες μονάδες |
|
| Κεντρικό μήκος κύματος | 450 nm | 450 nm | ||
| Ελάχιστη οπτική ισχύς | 30 W | 60 W | 120 W | 60-500 W |
| Απόσταση εργασίας | 180 / 350 / 650 mm | Επιλέγεται ανά σχέδιο (π.χ. 180 mm για μικρή εμβέλεια, 650 mm για μεγάλη απόσταση) |
||
| Περιοχή εργασίας | 100×100 / 200×200 / 300×300 mm | Προσαρμοσμένο πεδίο σάρωσης με βάση οπτικά & galvo |
||
| Ελάχιστο μέγεθος κηλίδας1 | 2500 µm | Ρυθμιζόμενα οπτικά (ακρίβεια έναντι κάλυψης) |
||
| Ταχύτητα λειτουργίας2 | έως 2000 mm/s | Ρυθμιζόμενο έως 2000 mm/s |
||
| Ηλεκτρο-οπτική απόδοση | 27% | 24% | 24% | TBD |
| Μέγιστη κατανάλωση ισχύος | 200 W | 300 W | 600 W | TBD |
1 - Οι τιμές παρέχονται για απόσταση εργασίας 350 mm
2 - για γωνίες σάρωσης ±10°
