Siniset laserit automatisoituun orgaaniseen laserjatkamiseen
Sinisen laserin tarkkuus kestävään maatalouteen
Maailman jatkuvasti kasvava väestö ajaa voimakkaan elintarviketuotannon tarvetta. Yksi puutarhaviljelyn satoa rajoittavista tekijöistä on tehoton rikkakasvien torjunta, ja vaikka on olemassa menetelmiä, joita käytetään laajalti, ne eivät välttämättä ole parhaita ratkaisuja. Laajalti käytetyt kemialliset rikkakasvien poistomenetelmät aiheuttavat elintarviketurvallisuuteen ja ympäristöön liittyviä huolenaiheita, kun taas fyysinen rikkakasvien torjunta voi vähentää sadon määrää vahingoittamalla kasveja tai muita niille hyödyllisiä eliöitä.
Tässä kohtaa laserit astuvat kuvaan. Parin viime vuosikymmenen aikana tutkimukset ovat osoittaneet, että laserkäsittelyä voidaan käyttää tehokkaasti rikkakasvien tuhoamiseen. Tekoälyn konenäön ja robotiikan viimeaikaisen kehityksen ansiosta laserilla tehtävästä rikkakasvien kitkemisestä on tulossa erittäin tarkka, luonnonmukainen, pitkälle automatisoitu ja kustannustehokas menetelmä.
Tämä tekniikka on kuitenkin vielä melko uusi, joten siinä on myös haittansa. Useimmat niistä johtuvat CO2-laserin käytöstä, joka perustuu rikkakasvien kuumentamiseen niiden solujen vahingoittamiseksi. Tämä edellyttää suuria optisia tehoja, ja näin syntyvä lämpö voi vaikuttaa haitallisesti kasvustoon. Lisäksi näiden suurten tehojen saavuttamiseksi CO2-laserit vaativat paljon energiaa, koska niiden hyötysuhde on melko alhainen, ja tämä edellyttää suurjännitegeneraattoreiden käyttöä.
Maatalousympäristö on usein kuiva ja siellä on paljon kuivia kasvinosia, mikä yhdessä korkeajännitteen kanssa lisää palovaaraa. Korkea energia tarkoittaa myös sitä, että paljon lämpöä on johdettava pois, joten CO2-laserit edellyttävät yleensä vesijäähdytysmoduulien käyttöä. Tämä sekä CO2-laserin suuri koko tekevät järjestelmästä melko kookkaan ja painavan. Kaikki nämä haitat osoittavat, että tähän tehtävään on valittava sopivampi lasertyyppi.
Tässä kohtaa tulee kyseeseen uusinta sinistä lasertekniikkaa.
Tehtävämme
Uskomme, että asiakkaidemme menestys on meidän menestyksemme. Siksi emme kehitä tekoälyjärjestelmiä, vaan olemme erikoistuneet luotettavien ja suorituskykyisten laserlaitteistojen rakentamiseen. Keskitymme aina laatuun, tarkkuuteen ja pitkäaikaiseen luottamukseen. Laajan kenttäkokemuksen ja yli 7 integraattorin kanssa solmitun kumppanuuden ansiosta toimitamme todellisia, testattuja ratkaisuja, jotka toimivat maataloudessa - eivät vain teoriassa.
Opt Lasersilla emme vain myy komponentteja - me luomme yhdessä kitkentäjärjestelmäsi. Patentoitu teknologiamme, todistettu integrointitukemme ja suora yhteistyömme valmistajien kanssa tekevät meistä enemmän kuin toimittajan. Olemme kehityskumppanisi.
Rakennatpa sitten robottikylvökonetta, autonomista alustaa tai uuden sukupolven maatalousteknologiaratkaisua - autamme sinua saamaan sen valmiiksi pellolle.
Kentällä todistettu suorituskyky todellisissa maatalousolosuhteissa
Siniset diodilaserjärjestelmämme eivät ole vain laboratoriotestattuja, vaan niitä on testattu ja otettu aktiivisesti käyttöön kentällä yli 7 integraatiokumppanin toimesta eri puolilla Eurooppaa. Teknologiamme on jatkuvasti tuottanut täsmällistä, tehokasta ja turvallista rikkakasvien torjuntaa kuivissa ympäristöissä ja tiheään viljellyillä vihannesviljelmillä.
Kukin kumppani on auttanut validoimaan ja parantamaan järjestelmiämme todellisessa käytössä. Teemme jatkuvasti yhteistyötä kehittääksemme uuden sukupolven lasermoduuleja, joiden täysin räätälöitävissä olevat kokoonpanot on räätälöity sovelluksesi mukaan - olipa kyse sitten nopeuden lisäämisestä, rikkaruohojen hävittämisnopeuden parantamisesta tai huoltokustannusten vähentämisestä.
Insinööritiimimme työskentelee suoraan alkuperäisten laitevalmistajien ja automaatioyritysten kanssa ja antaa ohjeita laserjärjestelmän lisäksi myös itse koneen optimoinnissa - jäähdytyksen sijoittelusta skannauskulmiin ja ohjaussignaaleihin. Tuemme yhteistyökumppaneitamme tuotekehityksen kaikissa vaiheissa, konseptin todentamisesta kaupalliseen lanseeraukseen.
Lasertekniikoiden vertailu - sininen vs. IR vs. CO₂
Alla olevassa taulukossa on vertailtu eri aallonpituuksia, joita käytetään laserkitkennässä. Arvot on skaalattu 320 W:n optiseen lähtötehoon, nestejäähdytystä on käytetty ja alkuperäiset arvot on otettu olemassa olevien tuotteiden eritelmistä:
| Ominaisuus | 450 nm sininen (Huomisen järjestelmä) | 2000 nm IR | 10600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Hyötysuhde (seinäpistoke AC) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Optinen lähtöteho | 320 W | 320 W | 320 W |
| Järjestelmän kokonaisvirrankulutus (sis. jäähdytyksen) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Paino (laser + elektroniikka) | 14 kg | 48 kg | 18 kg |
| Paino jäähdytyksen ja kotelon kanssa | 44 kg | 88 kg | 118 kg |
| CO₂-päästöt 100 käyttötuntia kohti (700 g CO₂/kWh) |
119 kg | 182 kg | 200 kg |
| Läpäisyprosentti 1 mm:n vesikerrokselle | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Laserlähteen tilavuus | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Hinta per watti | 37,5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Sininen laserteknologia on turvallisen ja skaalautuvan laserjyvityksen tulevaisuus, sillä sen vedenläpäisevyys on vertaansa vailla, tehokkuus on korkea, paino on pieni ja ympäristövaikutukset vähäiset.
Sähkötehokkuuden vertailu ja selitys
Laserjärjestelmän hyötysuhde on ratkaisevan tärkeä energiankulutuksen minimoimiseksi, käyttökustannusten alentamiseksi ja luotettavan suorituskyvyn varmistamiseksi kenttäsovelluksissa. Seuraavassa esitetään, miten 2000 nm:n IR-, CO₂- ja 450 nm:n sinisten laserjärjestelmien sähkötehokkuutta verrataan toisiinsa:
2000 nm:n IR-laserit: 200 W:n IR-laseri kuluttaa tyypillisesti 1200 W sähkötehoa, jolloin pelkän laserin hyötysuhde on 17 %. Se vaatii kuitenkin myös vesijäähdyttimen, joka on mitoitettu 1700 W:n lämmöntuottoon ja joka kuluttaa 600 W:n tehon. Kun jäähdytyskuormitus (424 W) otetaan huomioon, järjestelmän lopullinen hyötysuhde on 12,3 %.
CO₂-laserit: 130 W:n CO₂-laserputki ja sen virtalähde kuluttavat 860 W. Sama 1700 W:n jäähdytin tuottaa vielä 303 W (suhteellisen kuormituksen perusteella). Näin saatu kokonaishyötysuhde laskee 11,2 prosenttiin.
450 nm:n siniset laserit (huomisen järjestelmä): 120 W:n sinisen laserin tehonkulutus on 356 W, ja siinä käytetään 95 %:n hyötysuhteella toimivia ohjaimia ja 62 W:n ilmajäähdytystä. Tuloksena on 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7 %. Kun käytetään 48 V:n virtalähdettä, jonka hyötysuhde on 91 %, järjestelmän kokonaishyötysuhteeksi tulee 24,3 %. Nestejäähdytyksellä varustetuissa 320 W:n kokoonpanoissa hyötysuhde voi laskea noin 19 %:iin, kun järjestelmän kokonaisteho on 1800 W.
Tomorrow's System saavuttaa nämä korkeat arvot suunnittelemalla itse sekä laserlähteet että omat ajurit. Sen sijaan monet valmiit ajurit toimivat vain 70-90 prosentin hyötysuhteella, mikä heikentää merkittävästi koko laserjärjestelmän suorituskykyä.
Veden absorptio ja säteilytysannos - avaintekijöitä laserjyvityksessä.
Veden absorptio vaikuttaa merkittävästi laservalon läpäisyyn ja rikkakasvien saamaan todelliseen energia-annokseen. Eri aallonpituuksilla toimivat laserjärjestelmät käyttäytyvät hyvin eri tavoin vuorovaikutuksessa kasvien pinnalla olevien vesipisaroiden kanssa.
Läpäisy veden läpi: Sen sijaan 2000 nm:n IR-valo laskee 90,48 prosenttiin ja CO₂-laservalo lähes nollaan(0,004 %). Pienikin määrä kosteutta voi estää kokonaan CO₂- ja osittain 2000 nm:n lasersäteilyn.
Kun vesikerros on 1 mm, läpäisykertoimet ovat:
- Sininen laser: 99,99 %
- 2000 nm:n laser: 36.79%
- CO₂-laser: 0 %.
Vaikutus säteilyannokseen: Lyhyissä käsittelyikkunoissa (50-100 ms) vesipisara (5×5×1 mm³) absorboi koko CO₂-annoksen ja noin 63 % 2000 nm:n laserannoksesta. IR-laserin osalta tämä absorboitunut energia nostaa pisaran lämpötilan 20 °C:sta kiehuvaksi vain 8,4 W:lla, mutta vain 8-10 % siitä haihtuu. Tämä rajoittaa sitä, kuinka paljon energiaa todella pääsee rikkaruohoon, mikä vähentää tehokkuutta.
Tulvivat tai kastellut pellot: Syvissä vesikerroksissa, kuten riisipelloissa (10 cm), siniset laserit välittävät edelleen yli 99 % energiasta kohteeseen, kun taas 2000 nm:n ja CO₂-laserit välittävät käytännössä nollaenergiaa.
Tämä analyysi osoittaa, että jopa kevyt sade tai kastelu vaikuttaa merkittävästi IR- ja CO₂-lasereiden suorituskykyyn, kun taas siniset laserjärjestelmät ovat edelleen erittäin tehokkaita märissä ympäristöissä.
Paino, mitat ja niiden vaikutus integrointiin
Liikuteltavissa tai kenttäpohjaisissa laserjärjestelmissä paino ja fyysiset mitat vaikuttavat merkittävästi integrointiin, liikkuvuuteen ja virrankulutukseen. Siniset laserit tarjoavat selviä etuja molemmilla aloilla:
320 W:n sinisen laserjärjestelmän kokonaispaino jäähdytys mukaan luettuna on arviolta vain 14 kg. Sitä vastoin 200 W:n 2000 nm:n laserjärjestelmä painaa jäähdytysaggregaattiensa kanssa noin 61 kg, ja tyypillinen CO₂-laserjärjestelmä painaa noin 48 kg. Tämä tarkoittaa sitä, että kaksi sinistä lasermoduulia painaa edelleen vähemmän kuin yksi 2000 nm:n tai CO₂-laserjärjestelmä.
Mitoiltaan siniset laserit ovat erittäin kompakteja. 320 W:n sinisen lasermoduulin mitat ovat enintään 100 × 300 × 300 mm eli alle 10 dm³. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että 2000 nm:n laserjärjestelmä vie yli 169 dm³ ja CO₂-laserjärjestelmä 92-97 dm³. Lisäksi CO₂-laserit on usein rakennettu jopa 165 cm:n pituisista hauraista lasiputkista, minkä vuoksi niitä on vaikea asentaa tai suojata siirrettävissä tiloissa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että siniset laserit ovat yli 12 kertaa pienempiä kuin 2000 nm:n IR-laserit ja yli 7 kertaa pienempiä kuin CO₂-laserjärjestelmät. Nämä kompaktit mitat mahdollistavat asennuksen kevyisiin maatalousajoneuvoihin tai robottivarsiin, mikä lisää huomattavasti joustavuutta kenttäkäytössä.
Tarkka rikkakasvien torjunta sinisellä laserteknologialla on edistynyt
Tutkimukset ovat osoittaneet, että lasereiden vaikutus rikkakasveihin riippuu optisesta tehosta, valotusajasta, pisteen koosta ja ennen kaikkea laserin aallonpituudesta. Sinisen valon tiedetään absorboituvan voimakkaasti orgaaniseen aineeseen, ja näin on suurimmassa osassa kasveja. Tämä johtuu happipitoisessa fotosynteesissä käytettävästä klorofyllistä, tarkemmin sanottuna kahdesta klorofyllityypistä: klorofylli-a ja klorofylli-b. Kun tarkastellaan molempien pigmenttien absorptiospektriä, käy ilmi, että sininen valo sopii hyvin yhteen, sillä absorptiohuiput ovat 430 nm:ssä (a-tyyppi) ja 470 nm:ssä (b-tyyppi). Tämän ansiosta sinisen laserin avulla tapahtuva kitkentä vaatii pienempää optista tehoa, jotta ei-toivotut kasvit voidaan poistaa tehokkaasti.
Mutta ei ole vain absorptio, joka tekee sinisistä lasereista ja erityisesti sinisistä diodilasereista hyvin sopivia laserjätteenpoistoon. Siniset diodilaserjärjestelmät ovat paljon pienikokoisempia kuin CO2-järjestelmät, minkä ansiosta siniset laserit on helppo asentaa eri koneisiin ja useita yksiköitä voidaan asentaa sarjaan. Sinisillä lasereilla voidaan käsitellä kerralla suurempi alue, mikä nopeuttaa koko prosessia.
Siniset diodilaserit ovat pienjännitteisiä tasavirtajärjestelmiä, mikä tarkoittaa, että niitä on turvallisempi käyttää kuivissa ympäristöissä kuin CO2-lasereita, ja samalla ne ovat turvallisempia työntekijöille (koska CO2-laserit käyttävät vaihtojännitettä). Siniset laserdiodijärjestelmät ovat kevyitä eivätkä vaadi vesijäähdytystä, mikä vaikuttaa myönteisesti ajoneuvojen polttoaineenkulutukseen. Laserpisteen koko on hyvin säädettävissä, joten se voidaan räätälöidä joko erittäin tarkkaa käsittelyä tai suuren alueen toimintaa varten. Laserdiodien hyötysuhde on myös korkeampi kuin CO2-lasereiden, joten yhdessä pitkän käyttöiän kanssa ne ovat erittäin kustannustehokas ratkaisu.
Sinisen diodilaserin edut rikkakasvien kitkemisessä:
- Aallonpituus absorboituu voimakkaasti kasveihin - ei tarvetta erittäin suurille optisille tehoille.
- Kosketukseton menetelmä ei aiheuta fyysisiä vaurioita
- Ympäristöystävällinen
- Kompakti koko ja pieni paino
- Kustannustehokas, vaatii vain vähän huoltoa
