Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние вопроса предпосевной обработки когерентным излучением 10
1.1 Состояние и перспективы применения методов предпосевной обработки когерентным излучением 10
1.1.1 Анализ методов предпосевной обработки 10
1.1.2 Краткая характеристика процесса предпосевной обработки когерентным излучением 19
1.2 Обоснование применения предпосевной обработки когерентным излучением 22
1.3 Физические явления и технические средства процесса предпосевной обработки когерентным излучением 25
1.3.1 Действие когерентного излучения на мембранные структуры в клетках 25
1.3.2 Технические средства, применяемые для процесса предпосевной обработки когерентным излучением 29
1.4 Выводы и постановка научной задачи исследования 42
2 Математическое моделирование процесса предпосевной обработки когерентным излучением 43
2.1 Теоретическое рассмотрение процесса стахостического резонанса при обработке биоткани 44
2.2 Обоснование обладания системы ВЭМИ-биообъект свойств марковости 46
3 Методики экспериментальных исследований процесса предпосевной обработки семян когерентным излучением 53
3.1 Выбор схемы обработки семян 53
3.2 Выбор источника излучения 54
3.3 Выбор входных факторов обработки 55
3.4 Выбор плана эксперимента 56
3.5 Выбор выходных факторов (откликов модели) 59
3.5.1 Методика определения зараженности болезнями 60
3.5.2 Методика определения урожайности и ее структуры 65
3.5.3 Методика определения качественных показателей зерна 71
3.6 Обработка данных опыта и выбор оптимального сочетания входных факторов 75
4 Экспериментальные исследования процесса предпосевной обработки когерентным излучением 78
4.1 Разработка установки для экспериментальных лабораторных исследований 78
4.2 Лабораторный эксперимент 80
4.2.1 Влияние когерентного излучения на устойчивость к болезням 80
4.2.2 Влияние отлежки на зараженность к болезням 85
4.3 Разработка экспериментальной установки для проведения полевых опытов 90
4.4 Постановка полевого эксперимента и его результаты 96
4.4.1 Результаты полевого эксперимента 2010 года 98
4.4.2 Результаты полевого эксперимента 2011 года 100
4.4.3 Средние результаты полевого опыта 2010-2012 года 101
4.5 Результаты исследования модели процесса предпосевной обработки когерентным излучением 108
5 Оценка экономической эффективности применения предпосевной обработки когерентным изучением 115
Общие выводы по работе 126
Список литературы 127
Приложения 145
- Действие когерентного излучения на мембранные структуры в клетках
- Обоснование обладания системы ВЭМИ-биообъект свойств марковости
- Методика определения урожайности и ее структуры
- Разработка экспериментальной установки для проведения полевых опытов
Введение к работе
Актуальность темы. Современное растениеводство стоит перед весьма сложной задачей - обеспечить устойчивый рост продуктивности и качества сельскохозяйственной продукции путем применения более энергоемких технологий, снижения ресурсоемкости, а также уровня техногенного и антропогенного загрязнения окружающей среды и производимой продукции.
В целом на качество продукции растениеводства влияет огромное количество негативных факторов. Для уменьшения воздействия этих факторов необходим поиск технологий, которые в различных климатических условиях и независимо от состояния семенного материала повышали бы как качественные, так и количественные показатели.
В 60-80е годы прошлого века были проведены широкие исследования по влиянию на семена различных физических факторов с применением электрических, магнитных и электромагнитных полей. В работах Басова А.М., Иню- шина В.М., Шахова А.А. было установлено, что предпосевная обработка когерентным излучением имеет положительное влияние на посевные качества семян.
Поэтому повышение урожайности зерновых культур за счет применения предпосевной обработки когерентным излучением является актуальной задачей при создании перспективных технических средств.
Степень разработанности темы. В настоящее время разработано много устройств для лазерной предпосевной биостимуляции семян, предложены теоретические решения, направленные на повышение урожайности.
Тем не менее, на современном этапе отсутствует технология поиска оптимальных режимов для каждой из зерновых культур с использованием современных полупроводниковых лазерных излучателей.
Известные выпускаемые в настоящее время лазерные установки либо непроизводительны, либо малоэффективны и на них рекомендуются многократная обработка, что трудоёмко и нетехнологично.
В этой связи есть необходимость в дальнейшем проведении исследований по разработке и практическому внедрению предпосевной обработки семян когерентным излучением и поиску оптимальных режимов с использованием полупроводниковых лазеров, а также создание установки с эффективной дозой облучения и производительностью, соответствующей интенсивной технологии возделывания культур.
В качестве исходного материала была взята яровая пшеница, как основная продукция, прямо влияющая на экономическую составляющую страны, на ее внутренний и внешний рынок.
Цель исследования. Оптимизация процесса и обоснование технологии предпосевной обработки семян когерентным излучением. Создание технических средств для предпосевной обработки семян когерентным излучением.
Задачи исследования:
экспериментально исследовать влияние дозы когерентного излучения на структуру урожайности зерновых культур (яровой пшеницы);
экспериментально исследовать влияние дозы когерентного излучения на распространение и развитие болезней зерновых культур (яровой пшеницы);
разработать математическую модель процесса предпосевной обработки когерентным излучением;
разработать методики расчетов технологических параметров предпосевной обработки когерентным излучением;
создать технические средства для процесса предпосевной обработки когерентным излучением;
обосновать энергетическую эффективность процесса предпосевной обработки когерентным излучением.
Объект исследования. Технологический процесс предпосевной обработки когерентным излучением.
Предмет исследования. Определение оптимальных технологических режимов предпосевной обработки зерновых культур когерентным излучением.
Методика исследований. Разработка методологических основ расчета, проектирования и решения базировалась на математическом моделировании электротехнических процессов в системе предпосевной обработки когерентным излучением. Экспериментальные исследования выполнены с использованием методов математической статистики с применением ПЭВМ.
Научная новизна работы состоит в:
экспериментальном исследовании влияния дозы когерентного излучения на структуру урожайности зерновых культур (яровой пшеницы);
экспериментальном исследовании влияния дозы когерентного излучения на распространение и развитие болезней зерновых культур (яровой пшеницы);
разработке математической модели процесса предпосевной обработки когерентным излучением;
разработке методики расчетов технологических параметров предпосевной обработки когерентным излучением;
создании технических средств для процесса предпосевной обработки когерентным излучением;
обосновании энергетической эффективности процесса предпосевной обработки когерентным излучением.
Практическая значимость диссертации заключается в том, что разработанные теоретические положения, математическая модель и результаты лабораторных и производственных экспериментальных исследований позволяют определять оптимальные режимы обработки семян, приводящие к увеличению урожайности на 15-20%.,
Реализация результатов исследований. Результаты исследований и комплекс технических средств апробированы в ФГОУ УОХ «Июльское» Воткин- ского района Удмуртской республики. Результаты исследований также используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА.
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту:
экспериментальные исследования влияния дозы когерентного излучения на структуру урожайности зерновых культур (яровой пшеницы);
экспериментальные исследования влияния дозы когерентного излучения на распространение и развитие болезней зерновых культур (яровой пшеницы);
математическая модель процесса предпосевной обработки когерентным излучением;
методика расчетов технологических параметров предпосевной обработки когерентным излучением;
технические средства для процесса предпосевной обработки когерентным излучением;
обоснование энергетической эффективности процесса предпосевной обработки когерентным излучением.
Апробация работы.
Основные положения работы и результаты исследований доложены и обсуждены на: конкурсе студенческих инновационных проектов ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА (Ижевск, 2008), студенческой научной конференции факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА «Студенческая наука - инновационному развитию АПК» (Ижевск, 2009), Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ Приволжского федерального округа (Саратов, 2009), II туре Всероссийского конкурса научных работ студентов высших учебных заведений МСХ РФ Приволжского федерального округа по номинации «Технические науки» (Уфа, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК и приравненные к ним.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 156 страниц машинописного текста, 41 иллюстрацию, 26 таблиц, приложений и список литературы из 167 наименований, в том числе 46 - на иностранных языках.
Действие когерентного излучения на мембранные структуры в клетках
Действие лазерного излучения на живые организмы, в том числе на растения, вызывает неослабевающий интерес исследователей практически с момента изобретения лазера, т.е. примерно с середины 60-х годов двадцатого века. Однако и до настоящего времени нет единой теории объясняющей все эффекты, возникающие при действии света лазера на биологические объекты. Это связано с относительной сложностью биологических систем и трудностями анализа закономерностей преобразования энергии в живых тканях.
В литературе [102] приводится исследование Сибирским институтом физиологии и биохимии растений СО РАН г. Иркутска (Л.В. Дударева, Е.Г. Рудиковская, СП. Макаренко, СВ. Ланкевич, В.М. Сумцова, Р.К. Саляев) по воздействию интенсивного когерентного излучения на мембранные структуры в клетках.
Авторы отмечают, что особый интерес представляет действие на биологические объекты лазерного излучения низких интенсивностей. Это действие, как правило, не носит повреждающего характера. Напротив, считается установленным фактом его стимулирующее влияние на многие физиологические процессы как в организмах человека и животных, так и у растений. При этом механизмы терапевтического действия низкоинтенсивного лазерного излучения исследуются достаточно интенсивно. Показано, что в тканях животных и человека первичными акцепторами света лазера могут быть компоненты дыхательной цепи митохондрий, в частности, молекула цитохромоксидазы, ферменты-антиоксиданты, молекулярный кислород, порфирины [78].
В то же время работы по изучению влияния низкоинтенсивного лазерного излучения на растительные объекты носят фрагментарный характер. Как правило, они посвящены практическому применению света лазера для стимуляции процессов роста и развития, увеличения всхожести и энергии прорастания семян и, в конечном итоге, для увеличения урожайности культурных растений. Так, например, в восьмидесятые годы прошлого века в сельском хозяйстве широко применялось облучение семян светом гелий-неонового лазера. С известными ограничениями в результате их применение увеличивало всхожесть семян и урожайность некоторых культур. Изучению же возможных путей реализации стимулирующего действия низкоинтенсивного лазерного излучения на растительные объекты посвящено не так много исследований. Между тем, именно растения эволюционно более приспособлены к восприятию световой энергии и к ее утилизации в физиологических целях. Как известно, действие света на растения не ограничивается фотосинтезом, существует множество фотобиологических процессов, среди которых следует, в первую очередь, выделяют процессы фоторегуляции. Физиологический статус растения во многом зависит от интенсивности света, его спектрального состава, дозы излучения и периодичности освещения. Помимо хлоропластов, в которых под действием солнечного света протекают фотосинтетические реакции, растительные ткани богаты пигментами-сенсибилизаторами, выполняющими в клетках растений разнообразные функции, в первую очередь сигнальные. Поэтому изучение биологического действия низкоинтенсивного лазерного излучения на растения может представлять интерес не только для выявления оптимальных условий для его применения в практических целях, но и для исследования фундаментальных закономерностей действия света на растительные организмы.
Имеющиеся в литературе и полученные данные свидетельствуют о том, что низкоинтенсивное лазерное излучение может оказывать стимулирующее действие на различные физиологические процессы, в том числе и на те, между которыми отсутствует выраженная взаимосвязь.
При взаимодействии лазерного излучения инфракрасного и видимого диапазона с биологическими клеточными структурами основное влияние оказывают локальные неоднородности структуры, т.е. границы клеток.
Растительные клетки заключены в сравнительно жесткую клеточную стенку. Материал для построения этой клеточной стенки выделяет (секретирует) сама заключенная в ней живая клетка (протопласт). Клеточная стенка, отлагающаяся во время деления клеток растения, называется первичной клеточной стенкой. Позже в результате утолщения она может превратиться во вторичную клеточную стенку [76].
Вакуоль представляет собой наполненный жидкостью мембранный мешок, стенка которого состоит из одинарной мембраны. В растительных клетках, особенно в зрелой паренхиме и колленхиме, имеются одна большая центральная вакуоль. Ее окружает мембрана, которая носит название тонопласта. Жидкость, заполняющая центральную вакуоль, называется клеточным соком. Это концентрированный раствор, содержащий минеральные соли, сахара, органические кислоты, кислород, диоксид углерода, пигменты и некоторые отходы жизнедеятельности или «вторичные» продукты метаболизма.
В настоящее время считается, что растения используют свет двумя совершенно разными способами [67]. Первый из них - фотосинтез, в котором свет служит источником энергии для синтеза молекул органических веществ. Второй -восприятие света как источника информации, или сигнала. От света зависит, будет или не будет прорастать семя и какой угол образует растущий корень с вектором гравитации, а проросток - с направлением падающих на него лучей. От света зависит скорость роста стебля и листьев, а также время зацветания растений.
За полвека, прошедшие с открытия способности растений использовать свет как сигнал, было предпринято множество попыток понять сложные физиологические процессы, идущие при участии пигментов, в том числе фитохрома. Результаты исследований убеждают в том, что оптические свойства самого растения влияют на его физиологию.
Теоретически предсказанное и экспериментально подтвержденное явление повышения эффективности лазерной биостимуляции в растениях при пространственной модуляции поля лазерного излучения позволяет оптимизировать и ускорить селекционные исследования в области растениеводства.
Так, гелий-неоновые лазеры эффективно используются в ветеринарии. В частности, при лазерном облучении яиц бройлеров масса тела молодняка повышается на 15-18%, а затраты на корма на 1 центнер прироста живой массы снижаются на 10-13%.
Широкое применение лазеры нашли и в медицине при стимуляции заживления ран и ожогов, при лечении некоторых заболеваний нервной и сердечнососудистой систем. В лазерной хирургии отмечено не только уменьшение кровопотерь, но и более быстрое, по сравнению с обычным оперативным вмешательством, заживление, повышенная устойчивость к инфекционному поражению, анальгезирующий эффект [67].
Обоснование обладания системы ВЭМИ-биообъект свойств марковости
Для рассматриваемой системы ВЭМИ-биообъект важно отметить, что она обладает свойством марковости. Марковский процесс определяется как стохастический процесс, обладающий следующим свойством - для любого набора последовательных моментов времени параметры системы в данный момент времени однозначно определяются значениями параметров только в предыдущий момент времени и не зависят от каких-либо значений параметров в более ранние моменты времени (так называемые системы с короткой памятью). Таким образом, для описания процесса поведения системы, обладающей свойством марковости, необходимо знать два ближайших состояния для того, чтобы выстроить всю последующую цепочку состояний. Это положение существенно упростит математические выкладки и позволит найти необходимую закономерность в поведении системы. Система ВЭМИ-биообъект изменяет свои макроскопические параметры за счет изменения параметров на клеточном уровне под воздействием ВЭМИ, которое для каждой клетки является совокупностью ЭМ-полей внешних сигнала и шума и полей клетки биообъекта. Эти изменения зависят лишь от двух величин: состояния системы и ВЭМИ в данный момент времени, и, следовательно, не зависят от предшествующих состояний, что показывает обладание системой свойства марковости.
В исследуемой системе представляют интерес макроскопические параметры, которые описываются для марковских систем стохастическими дифференциальными уравнениями. Решить данное уравнение - значит, найти стохастические свойства функции состояния биологического объекта в системе ВЭМИ-биообъект. Уравнением данного вида являются уравнение Фоккера-Планка: .-А[4(РМ 0]+1 М .0Р( .0]. (2-і) где р - искомая функция состояния биологического объекта, х - параметр ВЭМИ, t - время, А - случайная функция, стохастические свойства которой известны, В - функция преобразования свойств биообъекта под действием ВЭМИ.
Ангармоничность (нелинейность) межклеточного взаимодействия приводит к ряду эффектов при воздействии ВЭМИ и если предположить, что внутренняя динамика биоткани является колебательной, то ее можно рассматривать на основе ансамбля нелинейных осцилляторов, которые выступают элементами динамической системы. Поэтому возникает задача анализа поведения отдельного ангармонического осциллятора при переходе через потенциальный барьер под действием ВЭМИ. Частный случай уравнения Фоккера-Планка, связанного с этой задачей, имеет вид [29]: = И )/ ММгі М, (2.2) где U(x) - функция, определяющая форму потенциальной ямы системы ВЭМИ-биообъект; D - величина, характеризующая интенсивность шума.
U(x) можно представить в виде суммы: u(x) = Ul(x)+P(x), (2.3) где Ui(x) - определяет форму потенциальной ямы биологического объекта без внешнего воздействия; Р(х) - характеризует воздействие ВЭМИ.
Проводя аналогию с квантовым ангармоническим осциллятором, Uj(x) может определяться по форме кубического двучлена [30]: U]{x)=- fa2 + l-gx\ (2.4) а Р(х) в первом приближении может зависеть линейно от параметра х: Р{х)=кх (2.5) и выполнять функцию внешнего воздействия, выводящего из равновесия систему, где /- коэффициент восстановления системы, g - коэффициент ангармоничности, к - коэффициент внешнего воздействия.
Тогда имеем: U(x)=kx--jx2+-gx\ (2.6)
Вид потенциальной ямы при k=0,5;J=2; g=\ показа на рисунке 2.1.
Теоретическое рассмотрение стахостического резонанса наталкивается на ряд сложностей принципиального характера. Даже в отсутствии внешнего гармонического сигнала в общем случае не удается найти точное решение уравнения Фоккера-Планка для двумерных плотностей вероятности. С другой стороны, с включением в рассмотрение периодической внешней силы появляются дополнительные сложности, обусловленные возникающей неоднородностью соответствующих случайных процессов во времени. Однако согласно [29] решение уравнения (2.1) можно записать в следующем общем виде:
На рисунке 2.2 показано графическое изображение гладкой функции р при =0,5;/=2; g=l; N 0,5; А0=0,1; D=10.
Для систем, обладающих условием марковости, полученное квазистационарное решение вполне приемлемо.
Методика определения урожайности и ее структуры
Различают несколько урожайностей: биологическую, бункерную и амбарную [90]. Для определения биологической урожайности и ее структуры необходимо брать не менее 12 площадок на каждые 100га посевов зерновых культур по двум диагоналям. Площадка должна включать обязательно четное количество рядков (от переднего и заднего сошников), при рядовом обычном посеве достаточно два рядка, при узкорядном - четыре. Длину площадки определяют в зависимости от ее размеров, которые могут быть 1/12; 1/6 или 1/4 м2, по формуле 3.5
В производственных условиях часто используют метровку (50x50), допуская при этом ошибку при наложении. В этом случае она не может быть наложена параллельно или перпендикулярно посеву, так как она не будет соответствовать 1/4 м , а будет меньше или больше. В данном случае накладывать ее надо ромбом по отношению к направлению посева.
Полученный результат позволяет иметь представление отчестве выходов на единице площади. Зная фактическую норму высева, число фактически высеянных зерен (всхожих) и число всходов на 1 м , определяют полевую всхожесть.
Выделенные площадки желательно закрепить небольшими колышками (15-20 см) по углам. В производственных условиях дли быстроты их нахождения перед уборкой около них весной лучше поставить вешки высотой 1,0-1,5 м. При проведении опыта их устанавливают не менее трех на каждой делянке через определенное расстояние и обязательно закрепляют колышками. Вешки, как правило, в этом случае не требуются. Перед уборкой все растения с площадки выдергивают с корнями и проводят лабораторный и морфологический анализы [90].
Лабораторный анализ снопа следует проводить в тот же, или не позднее двух недель со дня отбора образцов. Для проведения анализа снопового образца рекомендуется следующий порядок работы:
1. Растения снопового образца разделяют на продуктивные и непродуктивные. Подсчитывают общее число растений. Непродуктивные растения в дальнейшем анализе не участвуют.
2. У продуктивных растений подсчитывают общее и продуктивное число стеблей.
Таким образом, после проведения данного анализа агроном располагает всеми слагаемыми густоты продуктивного стеблестоя, что позволяет провести анализ фактических слагаемый урожайности. Для расчета показателей принимают следующий условные обозначения, шт/м :
Зв - зерен всхожих;
В - число всходов;
Р0 - общих растений к уборке;
Рп - продуктивных растений к уборке;
Рб - больных растений к уборке;
Г0 - общих стеблей к уборке;
Г - продуктивных стеблей к уборке (густота стеблестоя)
Выражают в процентах:
ПВ - полевая всхожесть;
С0 - общая сохранность растений к уборке;
Сп - сохранность продуктивных растений к уборке;
В0 - общая выживаемость;
Пр - выход продуктивных растений к уборке.
Далее сноп из продуктивных растений сім обрезали на уровне среза комбайном, стебли взвешивали с точностью до 1мг обрезали соцветия (колос или метелку) и проводили так называемый морфологический анализ, определяя показатели второго слагаемого структуры урожайности - продуктивности соцветия, для чего:
1. Определяли среднюю длину колоса или метелки: измеряют 25 соцветий с точностью до 0,5 см (от места прикрепления нижнего колоска до верхушки верхнего, не включая), цифры суммируют и делят на 25.
2. Подсчитывали среднее число общих и, в том числе продуктивных, колосков в колосе или метелке. Для этого анализируют 25 соцветий, полученные данные суммируют и делят на 25.
3. Определяли массу зерна сім. Все соцветия тщательно вымолачивали. Намолоченное зерно осторожно просеивали так, чтобы не потерять легкие зерна, взвешивали обмолоченную массу с точностью до 1 г и вычисляют массу зерна и соломы, отношение зерна к соломе, урожайность соломы, т/га.
4. Среднюю массу зерна одного соцветия вычисляли путем деления массы зерна на число обмолоченных соцветий с 1 м и выражали в граммах (П).
5. Среднее число зерен в соцветии (колосе или метелке) вычисляли: 3 = П-1000/М, (3.15) где 3 - зерен в соцветии, шт.; П - масса зерна одного соцветия (продуктивность соцветия), г; М - масса 1000 зерен, г (без поправки на влажность).
6. Определяли массу 1000 зерен при 14% влажности, г.
В структуре, урожайности существенное значение имеет масса 1000 зерен, которую определяли дважды: первый раз ее определяли из бутылки с зерном, взятым для анализа влажности зерна. Оба эти анализа (влажность зерна и масса 1000 зерен) проводят одновременно. Полученную фактическую массу 1000 зерен приводили к 14% влажности и использовали этот показатель для характеристики выращенного урожая. Второй раз массу 1000 зерен определяли при проведении морфологического анализа, одновременно с взвешиванием массы зерна из мешочка для подсчета числа зерен в соцветии, поэтому к 14% влажности она не приводится и используется при фактическом влажности зерна [90].
Таким образом, получив все составные слагаемые второго показателя структуры урожайности (продуктивности соцветия) можно рассчитать биологическую урожайность.
Бункерной называют фактическую урожайность, полученную после взвешивания убранного урожая без учета влажности зерна. Длительное время в нашей стране она являлась отчетной урожайностью. В настоящее время следует, подсчитывая урожайность, приводить ее к определенной влажности. Эту урожайность называют уже амбарной. Особенно это важно при уборке зерна с повышенной влажностью [90].
Для перерасчета урожайности зерновых культур можно применить эти же формулы, используя известные (вычисленные) коэффициенты для приведения урожайности к 11%-ной (стандартной) влажности. В этом случае бункерную урожайность умножают на соответствующий влажности зерна коэффициент из таблицы и получают урожайность зерна.
В научных отчетах и публикациях методика подсчета урожайности предусматривает приведение ее к 14%-ной влажности и 100%-ной чистоте.
Засоренность определяли по результатам анализа средней пробы 1 кг, выделяли примесь (мусор, полову, сорняки), взвешивали ее и высчитывали в процентах к массе средней пробы [90].
Разработка экспериментальной установки для проведения полевых опытов
Для проведения полевого опыта разработана установка для предпосевной обработки когерентным излучением, производительностью 0,3 т/час.
Обзор существующих установок для предпосевной обработки когерентным излучением с использованием гелий-неоновых лазеров показал, что они имеют ряд существенных недостатков. Данные установки слишком громоздки, имеют низкий по сравнению с полупроводниковыми лазерами КПД генерации, низкую энергоемкость и невысокую надежность.
Полупроводниковые лазеры имеют миниатюрную конструкцию и высокий КПД генерации (70-80%). Поэтому в качестве источника излучения был выбран полупроводниковый лазер с красным цветом излучения (А,=650нм), максимальной мощностью излучения 3 мВт и напряжением 2,5-4 В.
Мощность лазерного излучателя была выбрана не случайно. Данные, полученные нами при исследованиях с лазером мощностью 50мВт, не дали четкой корреляционной зависимости. Также об этом свидетельствуют и многие литературные данные [65, 66, 67]. Поэтому было решено использовать лазер с малой мощностью 3 мВт.
Для питания лазерного модуля HLDPM10-650-3 разработано устройство для облучения семян. Оперативная плавная регулировка тока излучения лазера позволяет изменять мощность падающего на семена излучения.
Электрическая схема устройства изображена на рисунке 4.12.
Поскольку максимальный ток излучателя HLDPM10-650-3 равен 60 мА, поэтому максимальный ток ограничен величиной 55 мА. В качестве регулятора-стабилизатора тока выбран операционный усилитель (ОУ) AD8531. Он обеспечивает ток в нагрузку до 250 мА, что позволяет подключить лазерный излучатель непосредственно к ОУ. Стабилизация тока осуществляется следующим образом. При подаче положительного напряжения на вывод 3 ОУ на выходе (вывод 6) начинает расти напряжение до тех пор, пока входное напряжение не станет равным напряжению на выводе 2 ОУ, то есть падению напряжения на резисторах R7, R8. Изменение тока излучения при неизменном входном напряжении (вывод 3 ОУ) вызывает изменение напряжения падения на R7, R8, что ведет к изменению напряжения на выходе ОУ (вывод 6) до тех пор, пока входные напряжения не уравняются.
Сопротивления резисторов R7, R8 - измерительные, с их помощью задается ток излучения. За счет изменения напряжения на выводе 3 ОУ регулируется ток стабилизации излучателя. Поэтому важно, чтобы входное напряжение было стабильным. Роль стабилизатора выполняет интегральный параметрический стабилизатор TL431, напряжение стабилизации которого 2,5 В. Со стабилизатора напряжение поступает на делитель напряжения, состоящий из резисторов R2, R3 и R4. Резисторы R2 и R4 задают предел регулирования. Резистор R3 - это потенциометр, включенный по схеме реостата, что исключает временные потери контакта движка при регулировке. Резистор R5 и конденсатор С2 - фильтр для сглаживания помех, которые могут возникнуть при регулировке в результате неравномерного контакта движка регулятора.
В качестве блока питания взято зарядное устройство от телефона Sony. Оно представляет собой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения.
Электрические характеристики блока питания:
Входное переменное напряжение: 170 - 230 В.
Выходное постоянное напряжение: 4,9 — 5,3 В.
Ток нагрузки: до 0,7 А.
Собранная схема была протестирована в симуляторе Multisim (рис. 4.13). В результате максимальный ток в симуляторе оказался равным 53 мА. Реальный же ток получился около 55 мА.
Внешний вид устройства приведен на рисунке 4.15. Устройство состоит из блока питания (черная коробка) и регулятора тока излучения с встроенным излучателем (серая коробка).
Корпус блока излучателя достаточно легкий, что позволяет крепить его на двухсторонний скотч или пластиковые стяжки, можно приклеить проушины.
Корпус сверлить нельзя. Излучатель закреплен в пластиковой манжете. Его можно аккуратно поворачивать в пределах ± 90 градусов.
Установка работает следующим образом: зерно из бункера 7 через подающий зернопровод 6 попадает на разбрасыватель, равномерно распределяясь по транспортерной ленте 4, двигается дальше и проходит под лазерным излучателем 9, далее обработанное лазером зерно попадает в приемный бункер 10.
Расчет параметров установки и схема подключения приведена в приложении Б.
