[發明專利]一種基于熱傷除草的全覆蓋激光點陣結構和方法

無效

• 申請號: 201410046063.0
• 申請日: 2014-02-08
• 公開（公告）號: CN103766317A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 王紀俊;張艷榮;陳樹人;洪云;朱志盼
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: A01M21/04
• 分類號: A01M21/04;H01S3/23
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及一種全覆蓋激光點陣結構，主要應用于熱傷田間除草。

背景技術

長期以來，人們賴以生存的食物靠栽種植物和飼養動物等方法來提供，然而在栽種植物過程中，不可避免地要遇到防治草害的問題。雜草是生長在不適當區域的植物，經常伴生于作物的不同生長發育期，同作物激烈地競爭水分和養分，嚴重干擾了作物的正常生長，導致作物減產和品質下降。

農田雜草防除的方法有機械、化學、人力、靜電、生物除草等，近年來，由于化學除草的高效性使其成為了主要的除草方式。但化學除草方法的廣泛使用也引發了一系列的農業環境惡化和糧食安全問題。而機械除草會導致嚴重的水分蒸發丟失，在水資源稀少的地方需謹慎使用。因此雖然最小化耕耘得到了廣泛的采用，雜草控制問題依然存在。熱除草提供了一種不使用除草劑的方法，并實現了最小化耕耘，且有些熱除草方法不受風雨天氣的約束、易于操作，為有機農業提供了可行的方法。而熱除草方法中的激光器除草利用了激光器集中了大量的能量于一束窄的激光束面積內，能精確快速地指向目標，并且激光束能聚焦在一個小的面積內，增加單位面積上的能量。激光可以用來作為物理雜草控制的切割方法，也能在不切斷雜草莖稈的情況下也能達到控制雜草的效果。激光可以選擇性地傳遞高密度能量給植物，升高植物細胞中水分的溫度從而致使它停止或延遲生長。激光雜草控制的效果與激光的波長、照射時間、光斑大小、功率以及雜草的種類有關。

發明內容

本發明的技術解決問題是：雜草在田間的分布是隨機的、不均勻的，而且具有簇生性。正是這種雜草分布的不連續性，為精確除草技術的可行性提供了依據。本發明就是在基于激光點陣排列和聚焦結構設計，提供了一種全覆蓋激光適時熱傷田間除草新方法。該結構控制精度高，可以全覆蓋地去除田間雜草。

本發明的技術解決方案是：主要提供一種基于熱傷除草的全覆蓋激光點陣結構，由固定框架和激光器組成;固定框架為圓柱面或其它柱面，在固定框架上有多個孔，在每個孔中固定安裝有激光器，激光器在固定框架上形成點陣，每個激光器發出的激光匯聚在一條直線上。

固定框架上相鄰兩列的孔間距恒定，相鄰兩行的孔有一恒定的位移，以確保激光器輻照時沒有坐標空隙。

具體地，固定框架為圓柱面或其它形式柱面，在固定框架上每行排列N個孔，共排列M行。孔的直徑為D1，同行的孔間距為d1，相鄰行的孔間距d2，確保d1+D1=M·D2（可以通過改變d1的值來滿足此關系式）。圓柱面軸長L=(M-1)·(d1+D1)，弧長S>M·D1+(M-1)·d2，所采用激光器直徑和孔直徑相等，激光器發射光斑在距離R處的直徑為D2。設固定框架的行方向為x軸方向，固定框架上排列的激光點陣關于中心線對稱，沿中心線向兩側分布，相鄰兩行的孔沿x軸方向都有一定的位移c1=D2，從而可以使柱面軸線上的每一點都有激光器光斑覆蓋，確保激光器掃描時沒有坐標空隙。

設計一種基于熱傷除草的全覆蓋激光點陣結構，固定框架1為圓柱面，舉例說明：若激光器2采用半導體激光器，其輸出波長為650nm±5nm，輸出功率為5mw，在距離600mm遠處的激光光斑直徑為D2=2mm。圓柱面軸長l=980mm，半徑R=600mm，弧長s=400mm，對應的圓心角θ=2/3弧度。固定框架1上每行排列M=50個孔，共排列N=20行，固定框架1上排列的激光點陣關于中心線對稱，孔的直徑和激光器2直徑相等D1=10mm，每行相鄰孔間距d1=10mm，相鄰行的孔間距d2=10mm。沿固定框架1的中心線向兩側分布，相鄰行的孔沿x軸方向的位移均為c1=c2=c3=c4=c5=c6=c7=c8=c9=2mm，從而確保激光器能夠完全覆蓋圓柱面的軸線，激光輻照沒有坐標空隙。

本發明還公開了一種利用所述激光點陣結構熱傷除草的方法，是將所述激光點陣結構安裝于農機上，激光器與控制器相連，通過農機上的監視器定位雜草位置，再由控制器控制激光點陣結構上對應的激光器開關，通過發射激光熱傷除草。

本發明結構設計簡單合理，可以根據雜草的具體位置，控制相應激光器的開關，逐行逐行地精確除草。把該設計放置在農機上，隨著農機的前行，實現全覆蓋適時激光除草的目的，是一種具有很強實用性的激光點陣結構。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明：

圖1是本發明一種基于熱傷除草的全覆蓋激光點陣結構正面結構示意圖；

1-固定框架；2-激光器；

圖2是本發明一種基于熱傷除草的全覆蓋激光點陣結構正面結構局部示意圖；