CC BY
35
Сельское хозяйство
УДК 635-156
ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИНФРАКРАСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В КРОНЕ ДЕРЕВА* А.В. Аксеновский1, А.С. Г ордеев2
Кафедры: «Механизация производства и переработки сельскохозяйственной продукции» (1), «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» (2),
ФГОУВПО «МичГАУ»
Представлена членом редколлегии профессором В. Ф. Калининым
Ключевые слова и фразы: крона дерева; лазерное излучение.
Аннотация: Рассматривается распространение инфракрасного лазерного излучения в кроне дерева. Представлены данные исследований, позволяющие сделать вывод об использовании обработки лазерным излучением плодов на дереве с целью создания технологических приемов, повышающих сохранность продукции в процессе хранения.
Лазерные установки нашли свое широкое применение в сельском хозяйстве для стимуляции семян и редко - для воздействия на плодоовощную продукцию. В отличие от семян, плодоовощная продукция - сочная, механически легко повреждается при уборке и транспортировке, при несвоевременной закладке на хранение быстро увядает, перезревает и, таким образом, теряет свои товарные качества. В период хранения повреждается многочисленными микробиологическими и физиологическими заболеваниями.
Одним из путей применения и реализации технических и технологических решений воздействия электрооптическим лазерным излучением на плодовую продукцию с целью сохранения ее товарных качеств в период хранения может быть использование полупроводниковых инфракрасных излучателей. Они имеют широкий спектр использования в существующих технологических процессах обработки, надежны и просты в эксплуатации и управлении [1].
Для реализации этого направления используются два способа воздействия лазерным излучением на плоды: в саду в кроне дерева и в контейнере непосредственно перед закладкой на хранение.
Для разработки технологических приемов, связанных с использованием обработки плодов на дереве лазерным излучением, необходимо провести исследования по распределению излучения в кроне.
Был осуществлен ряд экспериментов, целью которых являлось исследовать зависимость изменения плотности потока лазерного излучения, распространение лазерного луча в кроне дерева и сделать заключение о его проникающей способности.
В зависимости от изменения активности ферментов, изменяется и направленность биохимических процессов, что, в конечном счете, приводит к изменению величины урожая и химического состава растений [2].
* Принято к печати 26.11.2006 г.
Как показали опыты ряда авторов [3-5], активность каталазы - фермента, отвечающего за интенсивность протекания обмена веществ в плодах, легко изменяется с изменением условий внешней среды. Она чувствительна к изменению температуры и действию солнечного света.
На рис. 1 изображена зависимость изменения активности фермента каталаза, от плотности потока лазерного излучения. Экспериментально установлено, что для плотности излучения оптимальным является интервал значений от 0,21 до
0,26 Вт/м2.
Для осуществления эксперимента по исследованию распространения лазерного излучения в кроне дерева использовалась лабораторно-полевая установка -матричный облучатель плодов МОП-15.
Конструкция установки включает в себя штатив с матрицей и излучателями со встроенными лазерными полупроводниковыми диодами типа ЛПИ-101, которые с помощью импульсов возбуждения с генератора импульсов излучают на плоды импульсный поток в ближнем инфракрасном спектре оптического излучения 890 нм. Коммутатор осуществляет управление мощностью и частотой следования импульсов излучения. Технические характеристики изложены в табл. 1.
2
Рис. 1. Зависимость активности каталазы от плотности потока лазерного излучения при обработке плодов на дереве:
у = -866301/ + 1Е + 06х5 - 724297х4 + 210195х3 - 32334х2 + 2514х - 76,411
Таблица 1
Параметры установки для лабораторных экспериментов
Наименование параметра Значение параметра
Средняя мощность импульса, Вт Предельно допустимые режимы эксплуатации: 0,15...0,23
- напряжение питания, В 2 О 2
- амплитуда запускающих импульсов, В (N 00
- частота повторения запускающих импульсов, Гц 1... 5000
- длительность запускающих импульсов, с 7 0 5 0 5
- потребляемый ток, А 0,1
Матрица выполнена из ДСП размером 1x1 м, состоящая из излучателей, которые располагаются в шахматном порядке на расстоянии один от другого 0,2 м, на матрице расположено 15 излучателей по три излучателя в каждом ряду.
Методика облучения заключалась в следующем.
1. Установка МОП-15 помещалась в середину междурядья сада таким образом, чтобы излучение от матрицы направлялось на крону дерева.
2. Исследовался один из четырех секторов кроны дерева (рис. 2). Для эксперимента использовались четыре дерева с разных рядов сада.
3. Сектора кроны для разных деревьев выбирались случайным образом.
4. В крону дерева помещались координатные линейки с нанесенными на них делениями.
5. В крону дерева помещался датчик измерителя плотности потока лазерного излучения.
6. Измерения проводили в различных координатах сектора кроны.
7. Результаты измерения плотности потока для различных координат сектора кроны и различных деревьев заносились в базу данных и обрабатывались.
Координатная сетка имела шаг 0,2 м. С помощью линеек формировалось трехмерное пространство, в которое помещался датчик плотности потока излучения. В процессе измерения датчик крепился к ветвям кроны и был направлен в сторону матричного облучателя плодов МОП-15.
При попадании излучения в крону дерева возникает многократное отражение между множеством элементов кроны, причем одновременно с этим происходят многократные отражения отдельных элементов кроны. Поток излучения, установившийся в результате многократных отражений, равен сумме потоков излучения, поступивших извне и от каждой взаимодействующей поверхности элементов кроны.
Были проведены математическая и статистическая обработки экспериментальных данных, на их основании построены графики распространения лазерного излучения в кроне дерева. Из рис. 3 видно, что на периферии кроны (Х = -0,8...-0,5 м) происходит увеличение плотности потока излучения. При приближении к центру кроны (Х = -0,5...+0,6 м) в секторе плотность потока излучения уменьшается. Это объясняется многократными отражениями и экранированием лазерного излучения от листовых пластинок, структурных элементов дерева и плодов. Однако при движении в горизонтальном направлении к штамбу дерева (направление оси Х), плотность потока уменьшается. Это позволяет сделать вывод,
Рис. 2. Проекция кроны для исследования проникающей способности лазерного излучения:
1 - крона дерева; 2 - датчик ИК-излучения; 3 - ЗБ-координатное пространство; 4 - матричный облучатель плодов МОП-15
Рис. 3. Распространение лазерного излучения в кроне от периферии к штамбу дерева в саду (-0,8...0 м) и от штамба к периферии (0...0,8 м):
Р - плотность потока излучения, Вт/м2; 2 - координата расстояния вдоль ряда, м;
Х - координата расстояния от штамба в направлении излучателя, м
что с уменьшением количества листьев количество отражений снижается, и график приобретает вид линейной зависимости. В направлениях вдоль ряда 2 и по вертикали У существенного изменения плотности потока не наблюдается.
Выводы
1. Плотность потока лазерного излучения неравномерно распределяется в кроне дерева, это происходит за счет многократного отражения от листьев, плодов и ветвей. По мере перемещения от периферии кроны к ее центру плотность постепенно уменьшается, а затем снижается ниже эффективного уровня для лазерной обработки.
2. При использовании обработки лазерным излучением плодов на дереве эффективность воздействия может быть достигнута за счет облучения кроны дерева с двух сторон и сверху.
Список литературы
1. Гордеев, А.С. Автоматизированная обработка яблок : дис. ... д-ра техн. наук : 05.13.07 : защищена 30.06.96 : утв. 06.12.06 / Гордеев Александр Сергеевич. - М., 1996. - 423 с.
2. Плешков, Е.П. Практикум по биохимии растений / Е.П. Плешков. - М. : Агропромиздат, 1985. - 255 с.
3. Рашевская, В.Ф. Влияние активности каталазы на устойчивость пшеницы при поражении бурой ржавчиной / В.Ф. Рашевская, В.П. Нилова // Издания АН СССР. - 1952. - № 4. - С. 24-30.
4. Мининсберг, С.Я. Активность каталазы как показатель теневыносливости растений / С.Я. Мининсберг // Труды Ботан. сада им. акад. А.В. Фомина. - 1949. -Вып. 5. - С. 41-45.
5. Meheriuk, M. Effects of diphenylamine, gibberellic acid, daminozide, calcium, high CO2 and elevated temperatures on quality of stored Bartlett pears / M. Meheriuk // Canada. Plant Sc. - 1990. - Vol. 70. - P. 887-892.
Peculiarities of Infra-Red Laser Radiation Propagation in the Top of a Tree
A.V. Aksenovsky1, A.S. Gordeev2
Departments: “Mechanization of Production and Processing of Agricultural Products” (1), “Electrification and Automation of Agriculture” (2), Michurinsk State Agrarian University
Key words and phrases: laser radiation; the top of a tree.
Abstract: Infra-red radiation propagation in the top of a tree is considered. The research data enabling to draw a conclusion about the use of laser propagation processing of tree fruits are presented; they are aimed at designing methods of processing which can increase the storage time of the products.
Besonderheiten der Verbreitung der Infrarotlaserausstrahlung in der Baumkrone
Zusammenfassung: Es wird die Verbreitung der Infrarotlaserausstrahlung in der Baumkrone betrachtet. Es sind die Daten der Forschungen angeführt, die die Schlussfolgerung über die Nutzung die Bearbeitungen von der Laserausstrahlung der Früchte auf dem Baum mit dem Ziel der Schaffung der technologischen Verfahren zulassen, die die Unversehrtheit der Produktion im Laufe der Aufbewahrung erhöhen.
Particularités de la propagation du rayonnement infra-rouge dans la couronne de l’arbre
Résumé: Est examinée la propagation du rayonnement laser infra-rouge dans la couronne de l’arbre. Sont présentées les donntées des études permettant de faire une conclusion sur l’utilisation du traitement par le rayonnement laser des fruits dans le but de la création des procédés technologiques qui augmentent l’intégrité des produits lors de la garde.
