DE69322277T2

DE69322277T2 - Struktur und methode zur unterscheidung eines objekts von einem anderen objekt

Info

Publication number: DE69322277T2
Application number: DE69322277T
Authority: DE
Inventors: Jim Los Gatos Ca 95030 Beck; Tom Santa Clara Ca 95050 Vyse
Original assignee: PATCHEN CALIFORNIA Inc
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2013-07-28
Also published as: ES2127291T3; HU9500140D0; DK0653051T4; JPH08501385A; HUT73363A; US5296702A; DE69322277T3; AU673186B2; RU2127874C1; RU95104941A; CA2141038A1; ATE173819T1; AU4687793A; ES2127291T5; PL173490B1; PL307246A1; US5389781A; EP0653051A1; EP0653051B2; NZ254659A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Gegenstand dieser Erfindung ist eine Struktur und ein Verfahren zur Unterscheidung eines Objektes von einem anderen und besonders eine Struktur, welche Unkräuter optisch nachweist und diese Unkräuter dann eliminiert.

Beschreibung des damit in Beziehung stehenden Standes der Technik

In vielen Situationen ist es notwendig, eine Objektart von einer anderen zu unterscheiden. Während dies in solchen diversen Bereichen wie Herstellung, Datenverarbeitung und Zustellung von Post unerläßlich ist, ist die Unterscheidung eines Objektes in der Landwirtschaft besonders wichtig. So ist zum Beispiel die Fähigkeit unerläßlich, Unkräuter von erwünschten Pflanzen unterscheiden zu können, damit Unkräuter zerstört werden können, weil selbst spärliche Unkrautpopulationen die den Kulturpflanzen zur Verfügung stehende Feuchtigkeit, Licht und Nährstoffe vermindern, wodurch sie signifikant die Erträge dieser Kulturpflanzen reduzieren. Außerdem können Unkräuter Maschinen verstopfen und den Zugang zu Kulturpflanzen während landwirtschaftlicher Betriebsvorgänge, wie zum Beispiel der Ernte erschweren. Sprühen von Unkrautvertilgungsmitteln ist ein herkömmliches Verfahren zur Kontrolle von Unkräutern. Wenn jedoch Unkrautvertilgungsmittel zur Kontrolle verstreuter Unkräuter gesprüht wird, wird der größte Teil des Unkrautvertilgungsmittels vergeudet, indem es auf den unbewachsenen Boden aufgebracht wird, wo das Unkrautvertilgungsmittel keine Wirkung hat. Da Unkrautvertilgungsmittel teuer sind, versuchen viele Anbauer Geld einzusparen, indem sie weniger Unkrautvertilgungsmittel verwenden. Größere chemisch tolerante Unkräuter entgehen jedoch häufig der Kontrolle aufgrund unzureichender Applikation von Unkrautvertilgungsmittel. Darüber hinaus können Unkrautvertilgungsmittel höchst unerwünschte Wirkungen auf die Umwelt ausüben, zum Beispiel indem sie Kontamination des Grundwassers oder chemische Verätzung verschiedener Kulturpflanzen in benachbarten Feldern während Überschwemmungen verursachen. Folglich besteht die Notwendigkeit, sowohl die Kosten als auch die Auswirkung auf die Umwelt von Unkrautvertilgungsmitteln durch selektives Sprühen nur der Unkräuter zu reduzieren.
Verfahren zur optischen Unterscheidung zwischen Boden und Pflanzen sind gegenwärtig im Fach bekannt. So weist WO 89/12510 zum Beispiel einen bepflanzten Bereich durch Messen der Strahlungsdichte eines Zielbereiches in den roten und nahen Infrarot-Wellenbändern nach und vergleicht das Verhältnis dieser Reflexionswerte. Man verläßt sich auf natürliches Sonnenlicht. U. S. 3 910 701 beschreibt eine tragbare Sensoreinheit zum Nachweis von Pflanzen durch Reflexion bei zwei verschiedenen Wellenlängen von durch LEDs erzeugtem künstlichem Licht. Viele dieser Verfahren verwenden jedoch Vorrichtungen, die sich auf natürliches Sonnenlicht zur Erzeugung eines reflektierten Bildes verlassen. Folglich können die Vorrichtungen nicht in der Nacht betrieben werden und sind unter wolkigen Bedingungen oder selbst, wenn sie im Schatten betrieben werden, schwer behindert. Andere Verfahren für die optische Unterscheidung zwischen Erde und Pflanzen verwenden Vorrichtungen, die sich zum Erzeugen des reflektierten Bildes auf eine künstliche weiße Lichtquelle verlassen. Unter normalen (das heißt sonnigen) Betriebsbedingungen muß diese künstliche Lichtquelle mit der Sonne konkurrieren, die viele tausend Male heller ist und ständig ihre Helligkeit und Spektralverteilung ändert. Deshalb versagen beide Verfahren, das heißt diejenigen, welche sich natürliches Sonnenlicht oder eine künstliche weiße Lichtquelle zunutze machen, zuverlässig eine genaue Wellenlängensignatur von Objekten im Gesichtsfeld der Vorrichtung vorzusehen, die zum Eliminieren individueller Unkräuter ausreichend ist. In der Tat wurden Applikationen für diese Verfahren auf die Unkrautkontrolle von gering bearbeiteten oder nicht bearbeiteten Feldfrüchten begrenzt, wo dieser Präzisionsmangel toleriert werden kann, Obstbaumanlagen, Weinberge und Reihenkulturen erfordern jedoch einen hohen Genauigkeitsgrad bei der Unkrautkontrolle. Folglich besteht ein Bedarf an einer Vorrichtung, welche ein genaues optisches Abtasten der Unkräuter und leistungsfähige Elimination dieser Unkräuter vorsieht.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Struktur vorgesehen, die folgendes umfaßt:
Mindestens zwei Quellen von im wesentlichen monochromatischem, moduliertem Licht, wobei jede Lichtquelle einen Lichtstrahl mit einer unterschiedlichen Wellenlänge vorsieht, wobei jeder genannte Lichtstrahl auf einen Bereich einer Oberfläche fokussiert wird, wobei genannte Oberfläche (206) im wesentlichen stationär ist;
einen Detektor zum Nachweis einer Lichtreflexion von genanntem Bereich;
Vorrichtung zum Analysieren genannter Reflexion zur Bestimmung, ob genannter Bereich eine Pflanze ist;
Vorrichtung zum Einleiten einer ausgewählten Aktivität in bezug auf Pflanzen, abgesehen von einem ausgewählten Typ, als Reaktion auf ein Signal von genannter Vorrichtung zum Analysieren und
Vorrichtung zum Bewegen von genannten mindestens zwei im wesentlichen monochromatischen Lichtquellen und genanntem Detektor in bezug auf genannte Oberfläche, damit genannter Bereich über genannte Oberfläche hinweg abgetastet wird.
Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Standortes einer Pflanze vorgesehen, das die folgenden Schritte umfaßt:
Bewegen von mindestens zwei Quellen von im wesentlichen monochromatischem moduliertem Licht über einen Oberflächenbereich, wobei jede Lichtquelle einen Lichtstrahl mit einer unterschiedlichen Wellenlänge vorsieht;
Fokussieren genannten Lichtstrahles auf genannten Oberflächenbereich;
Nachweisen einer Reflexion von genannten Lichtstrahlen von genanntem Oberflächenbereich;
Analysieren genannter Reflexion zur Bestimmung, ob genannter Oberflächenbereich eine Pflanze ist und
Einleiten einer ausgewählten Aktivität basierend auf genanntem Analysieren.
Bei dem Bereich auf dem Boden kann es sich um unbewachsenen Boden, erwünschte Pflanzen oder unerwünschte Unkräuter handeln. Wenn die Pflanze ein Unkraut ist, könnte die gewünschte Aktion darin bestehen, das Unkrautvertilgungsmittel auf das Unkraut zu sprühen.
Die vorliegende Erfindung kann die Verwendung von Unkrautvertilgungsmitteln durch präzises Abzielen auf individuelle, zu eliminierende Pflanzen signifikant reduzieren. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung unter einer großen Vielzahl verschiedener Bedingungen, einschließlich unter windigen Bedingungen, grellem Sonnenlicht, künstlicher Beleuchtung oder selbst vollkommener Dunkelheit betriebsfähig. Die Applikation von Unkrautvertilgungsmittel mit der vorliegenden Erfindung bei Nacht weist faktuell einige signifikante Vorteile auf. Kühlere Temperaturen erlauben längere und leistungsfähigere Arbeitsstunden während kritischer Zeiten in der Wachstumssaison. Darüber hinaus verlängert die Abwesenheit von Sonnenlicht die Wirksamkeit einiger Unkrautvertilgungsmittel. Die höhere relative Feuchte bei Nacht hilft der Befeuchtung von Blättern, welche die Wirksamkeit der Applikation des Unkrautvertilgungsmittels steigert. Die Abwesenheit von Wind, die häufig nach Sonnenuntergang auftritt, eliminiert Übersprühen. Deshalb kann die vorliegende Erfindung in einer sehr weitgehend verbesserten Wirksamkeit bei der Verwendung von Unkrautvertilgungsmittel zum Eliminieren von Unkräutern führen.
Die Arbeits- und Gerätekosten stehen sehr weitgehend zu der Geschwindigkeit in Beziehung, bei der sich ein Sprühfahrzeug durch ein Feld, eine Obstbaumanlage oder einen Weinberg bewegt. Unter Verwendung herkömmlicher Sprühverfahren kann die Geschwindigkeit des Sprühfahrzeuges durch Luftturbulenz eingeschränkt werden, die sich aus der Bewegung des Gerätes und des damit einhergehenden Übersprühens ergibt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ein Entkrauter eine Sprühdüse, die auf die Pflanze gerichtet ist, die mit einem sehr engen massiven Sprühkegel gesprüht wird. Dieser Sprühkegel eliminiert auf wirksame Weise das Übersprühen und läßt viel höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten zu.
Die vorliegende Erfindung bringt Landwirte näher an das Ziel, daß kein Unkraut ausgelassen wird, kein Unkraut mehr Unkrautvertilgungsmittel abbekommt als erforderlich ist und wenig oder kein Unkrautvertilgungsmittel auf unbewachsenen Boden gesprüht wird. Die kombinierten Vorteile schließen Kostenersparnisse aufgrund der geringeren applizierten Mengen an Unkrautvertilgungsmittel, niedrigere Arbeitskosten, verringerte Gerätebetriebskosten, verbesserte Unkrautkontrolle und dramatisch reduzierte Exposition sowohl von Kulturpflanzen als auch Arbeitern gegenüber dem Unkrautvertilgungsmittel ein.
Diese Erfindung wird angesichts der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den anhängenden Zeichnungen besser verstanden werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 veranschaulicht eine graphische Darstellung von repräsentativen Kurven der Reflexion von einer Pflanze und von Erde für verschiedene Wellenlängen.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Entkrauters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 veranschaulicht den Effekt der Platte mit Öffnung beim Nachweis eines Unkrauts.
Fig. 4 zeigt Wellenhüllkurven von zwei verschiedenen Wellenlängen vor und nach der Reflexion von einer Oberfläche.
Fig. 5 veranschaulicht eine andere Ausführungsform eines Entkrauters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6A und 6B zeigen typische Zwischenräume, die in einem Reihenkulturfeld erforderlich sind.
Fig. 7 veranschaulicht eine noch andere Ausführungsform eines Entkrauters gemäß der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es wird beabsichtigt, daß die folgende Beschreibung nur veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Andere Ausführungsformen dieser Erfindung werden im Hinblick auf diese Beschreibung offensichtlich werden.
Strahlung wird, in Abhängigkeit von den Merkmalen dieser Oberflächen, von den Oberflächen reflektiert oder umgekehrt von den Oberflächen absorbiert. Im Falle von Pflanzen wird Strahlung im blauen und roten Wellenlängenbereich (das heißt 380 Nanometer bis 700 Nanometer) von den Chlorophyllen in den Pflanzen stark absorbiert, während die Wellenlänge im nahen Infrarotbereich (das heißt 700-1000 Nanometer) stark reflektiert wird. Andere Substanzen, wie zum Beispiel Erde, absorbieren viel mehr der Strahlung bei vielen dieser Wellenlängen. Fig. 1 veranschaulicht eine graphische Darstellung mit einer x-Achse, welche die Wellenlänge von Licht von 400 Nanometern bis circa 1000 Nanometern darstellt und eine y-Achse, welche den prozentualen Anteil der Reflexion darstellt. Fig. 1 veranschaulicht, daß für eine Wellenlänge von zum Beispiel 750 Nanometer eine typische Pflanze (dargestellt durch Kurve 100) leicht von typischer Erde (dargestellt durch Kurve 101) zu unterscheiden ist, weil die Pflanze einen höheren prozentualen Anteil von einfallendem Licht reflektiert als die Erde. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß eine Pflanze eine minimale Reflexion aufweist und bei einer Wellenlänge von circa 670 Nanometern faktuell weniger als Erde reflektiert. Erfindungsgemäß werden anstelle von natürlichem Sonnenlicht oder einer künstlichen weißen Lichtquelle eher eine Vielzahl von monochromatischen Lichtquellen zur Erzeugung des reflektierten Lichtes verwendet. Die optimalen Lichtquellen zum Unterscheiden einer Pflanze von Erde, wie in Fig. 1 gezeigt, weisen eine Wellenlänge von circa 670 Nanometer (im oberen roten Wellenband) und eine Wellenlänge von circa 720-750 Nanometer (im nahen Infrarot-Wellenband) auf.
Fig. 2 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Struktur, die zum Beispiel als ein intelligenter Entkrauter verwendet wird. In dieser Ausführungsform sind zwei monochromatische Lichtquellen 201 und 202 vorgesehen. Monochromatische Lichtquelle 201 sendet einen Lichtstrahl 203 mit einer Wellenlänge von 750 Nanometern aus, während monochromatische Lichtquelle 202 einen Lichtstrahl 204 mit einer Wellenlänge von circa 670 Nanometern aussendet. Lichtquellen 201 und 202 sind typischerweise gewerblich erhältliche Lichtemitterdioden (LEDs), die aus Galliumarsenid, Galliumarsenidphosphid oder Galliumaluminiumarsenid gebildet werden, welche eine extrem zuverlässige und kostenwirksame monochromatische Lichtquelle vorsehen. Andere Lichtquellen können Laser oder Breitbandlichtquellen mit Filtern einschließen.
Wenn Dioden 201 und 202 lediglich mit einem Gleichstrom eingeschaltet und auf einen vorbestimmten Oberflächenbereich 206 gerichtet werden, würde die Reflexion von der Sonne von Oberfläche 206 Struktur 200 signifikant beeinträchtigen, wenn nicht gar betriebsunfähig machen. Folglich wird der Strom an Dioden 201 und 202 erfindungsgemäß selektiv moduliert. In einer Ausführungsform ist die Modulation dergestalt, daß Dioden 201 und 202 bei der höchstmöglichen Frequenz innerhalb der Einschränkungen ihrer Bandbreite gesteuert werden, während sie mit den anderen Komponenten des Systems (wird nachstehend ausführlich beschrieben) kompatibel bleiben. In dieser Ausführungsform werden Dioden 201 und 202 bei einer Frequenz von 455 kHz moduliert. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß mit zunehmender Frequenz auch mehr Informationen für den Verwender innerhalb eines vorbestimmten Zeitzyklus verfügbar sind, wodurch empfindlichere Messungen bereitgestellt werden.
Lichtstrahlen 203 und 204, die von Dioden 201 bzw. 202 ausgesendet werden, werden durch Emitterlinse 205 auf einen vorbestimmten Oberflächenbereich 206 fokussiert, der eine Pflanze, Erde oder eine Kombination aus Pflanze und Erde enthalten kann. Lichtstrahlen 207, die von Oberfläche 206 weg reflektiert werden, werden durch Photodetektor 210 nachgewiesen, nachdem sie durch Detektorlinse 208 und Öffnung 209A von Platte mit Öffnung 209 durchgetreten sind. Das von Photodetektor 210 nachgewiesene Licht umfaßt verschiedene Wellenlängen-Verhältnisse von monochromatischem Licht, abhängig davon, ob Lichtstrahlen 203 und 204 von einer Pflanze oder von Erde reflektiert werden.
Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß sich das gesamte, von einer Oberfläche, wie zum Beispiel von einem Blatt einer Pflanze, reflektierte Licht proportional zu dem Gesamtreflexionsbereich verhält. Unter Bezugnahme zum Beispiel auf Fig. 3, wenn der Durchmesser d eines Unkrauts 300 ein Viertel Inch (¼"; 1 Inch = 2,54 cm) (folglich einen Bereich von n/64 Quadratinches aufweist) und der Durchmesser D des Gesamtreflexionsbereiches 302 ein (1) Inch ist (folglich einen Bereich von n/4 Quadratinches aufweist), stellt Unkraut 300 1/16 des Gesamtreflexionsbereiches dar und trägt folglich nur in Höhe von 1/16 zu dem gesamten reflektierten Licht bei. Wenn jedoch Licht, das von dem Unkraut gleicher Größe (¼" (0,64 cm) Durchmesser) reflektiert wird, durch eine Öffnung 301, die 1" (2,54 cm) lang, aber nur ¼" (0,64 cm) breit ist, limitiert ist, dann beginnt das von dem Unkraut reflektierte Licht sich einem Viertel (¼) des neuen Gesamtreflexionsbereiches (das heißt des Bereiches von Öffnung 301) anzunähern. Folglich nimmt in diesem Beispiel die Signalstärke des von der Oberfläche reflektierten Lichtes um einen Faktor von vier zu. Daraus folgt deshalb logischerweise, daß durch Einführung der Platte mit Öffnung 209 (Fig. 2), die eine Öffnung 209A mit einer Länge einschließt, die signifikant größer als ihre Breite ist, die vorliegende Erfindung eine typische ins Quadrat erhobene Bereichsfunktion (das heißt D²/d²) mit einer linearen Beziehung (das heißt D/d) ersetzt.
Um die ordnungsgemäße Abfluchtung zwischen Detektorlinse 208, Öffnung 209A von Platte mit Öffnung 209 und Photodetektor 210 sicherzustellen, sieht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Öffnung 209A vor, die viel kleiner als Detektorlinse 208 ist. Darüber hinaus sieht diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Bild von reflektierten Strahlen 207 durch Detektorlinse 208 vor, das kleiner als die Größe von Photodetektor 210 ist. Auf diese Weise wird jeder Fluchtungsfehler zwischen diesen drei Elementen nicht kritisch gemacht, so lange wie sich der Fluchtungsfehler innerhalb bestimmter Grenzen hält, die durch die Größe von Öffnung 209A, die Größe von Diode 210 und die Entfernung von Diode 210 von Öffnung 209A unter anderen Parametern festgelegt sind. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß die Zunahme der Größe von Photodetektor 210 eine unerwünschte Zunahme der Kapazität hervorruft. Folglich ist der ideale Photodetektor 210 zur Minimierung der Kapazität nur geringgradig größer als Öffnung 209A. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird diese Kapazität jedoch durch einen Kaskode-Verstärkerkreis gepuffert, wodurch im wesentlichen die gleiche Bandbreite vorgesehen ist, als wenn eine Vorrichtung mit geringerer Kapazität, das heißt einem kleineren Photodetektor 210 verwendet würde.
Photodetektor 210 wandelt Photoenergie von reflektierten Lichtstrahlen 207 in elektrische Niederpegelsignale um, welche die Farbsignatur des Objektes/der Objekte in dem Gesichtsfeld darstellen. So veranschaulicht zum Beispiel Fig. 4 wellenhüllkurven 400, welche eine Wellenlänge von zum Beispiel 750 Nanometer und Wellenhüllkurven 401, welche eine Wellenlänge von zum Beispiel 570 Nanometer aufweisen. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß Dioden 201 und 202 (Fig. 2) durch ein Signal bei der gleichen Frequenz und für den gleichen Arbeitszyklus moduliert werden, wodurch im wesentlichen identische Wellenhüllkurven gebildet werden.
Wie jedoch in Fig. 4 gezeigt wird, ist die Modulation einer Diode (sieht Wellenhüllkurven 400 vor) circa 30-45º außer Phase mit der Modulation der anderen Diode (sieht wellenhüllkurven 401 vor). Nachdem Lichtstrahlen 203 und 204 von Oberfläche 206 zurückreflektieren (Zeitperiode 404), sieht Photodetektor 210 (Fig. 2) einen Strom vor, worin die Phase des Stromes eine Funktion der relativen Lichtmengen von einer der beiden Wellenlängen ist. So stellt zum Beispiel Wellenform 400A den Strom dar, der von dem Photodetektor nach Detektion von Wellenhüllkurven 400 vorgesehen ist. Ähnlich stellt Wellenform 401A den Strom dar, der von Photodetektor 210 nach Detektion von Wellenhüllkurven 401 vorgesehen ist. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß Wellenform 401A im Vergleich zu wellenformen 400A nun um circa 90º phasenverschoben ist. Diese Phasenverschiebung ist auf die höhere Kapazität von Diode 202 (Fig. 2) zurückzuführen, welche Wellenhüllkurven 401 versus der Kapazität von Diode 201 vorsieht, die Wellenhüllkurven 400 und Photoemissionsverzögerungen (das heißt Emitterstrom versus eigentlicher Lichtemission) vorsieht. Photodetektor 210 summiert Wellenformen 400A und 401A und sieht Wellenform 402 vor, die in diesem Beispiel um circa 45º phasenverschoben ist. Folglich ist die Phasenverschiebung von Wellenformen 402 eine Funktion der relativen Phasen von Wellenformen 400A und 401A, aber auch der Unterschied in der Phasenverzögerung, die den verschiedenen Emittern innewohnt. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß die Amplitude der sich ergebenden summierten Wellenformen 402 abhängig davon variiert (nicht in Fig. 4 gezeigt), ob Licht mit einer Wellenlänge von 750 nm oder 670 nm reflektiert oder absorbiert wird, nachdem Lichtstrahlen 203 und 204 von der Oberfläche 206 (Fig. 2) zurückreflektiert werden. Dieser Amplitudenunterschied bewirkt eine andere Phasenverschiebungsquelle in Detektorstrom 402. Diese variable Phasenverschiebung enthält die gewünschte Spektralreflexionsinformation.
Ein feinabgestimmter Kreis 213, der Induktor 211 und Kondensator 212 umfaßt, der mit Photodetektor 210 in Reihe angeordnet ist, schwingt aufgrund der Erregung von Photodetektor 210 mit. Die Ausgangswellenform von feinabgestimmtem Kreis 213 bleibt deshalb im wesentlichen sinusförmig. Feinabgestimmter Kreis 213 weist alles zurück, was nicht sinusförmig und nicht bei einer ausgewählten Frequenz ist (das heißt unerwünschte Oberwellen). Die akzeptierte sinusförmige Wellenform wird dann an Schaltung 214 bereitgestellt, welche typischerweise Verstärker 215A und 215B und feinabgestimmten Kreis 215 einschließt.
Schaltung 214 sieht eine sehr hohe Verstärkung für die modulierten Signale vor, die durch reflektierte Lichtstrahlen 207 bereitgestellt werden, und zur gleichen Zeit leitet der Induktor 211 in feinabgestimmtem Kreis 213 den unerwünschten Gleichstrom-Signalausgang von Diode 210 aufgrund des Sonnenlichtes direkt an Erde. Automatische Frequenzregelung (AFC) (nicht gezeigt) wird verwendet, um sicherzustellen, daß feinabgestimmter Kreis 215 die maximale Zurückweisung von Signalen außerhalb des Bandes vorsieht, wodurch die Interferenz des von Oberfläche 206 zurückreflektierten Sonnenlichtes mit den modulierten Lichtstrahlen 207, die von der gleichen Oberfläche reflektiert werden, minimiert wird. Die automatische Verstärkungsregelung 230 wird verwendet, um den weitest möglichen dynamischen Bereich für Verstärker 215A und 215B vorzusehen. Schaltung 215B schneidet die verstärkte sinusförmige Wellenform ab, um eine überwiegend vierkantige Wellenform an Phasendetektor 217 vorzusehen. Phasendetektor 217 nimmt die vierkantigen Ausgangswellenformen von Schaltung 214 und multipliziert diese Wellenform mit der Wellenform von Diode 201. In anderen Worten, Phasendetektor 217 bestimmt die Phasenverschiebung der Ausgangswellenform von Schaltung 214 in bezug auf die ursprüngliche Phase der von Diode 210 vorgesehenen Wellenform. In einer Ausführungsform ist Phasendetektor 217 ein LM3089-FM- Empfänger-ZF(Zwischenfrequenz)-System, das von National Semiconductor hergestellt wird.
Um die Fähigkeit von System 200 zur schnellen Informationsverarbeitung zu verbessern, ist ein Abtast(Proben)-Halte-Kreis 218 an Phasendetektor 217 gekuppelt. Das Ausgangssignal von dem Abtast(Proben)-Halte- Kreis 218 ist an die negative Eingangsklemme von Komparator 219 vorgesehen. Das Eingangssignal an den Abtast(Proben)- Halte-Kreis 218 ist an die positive Eingangsklemme von Komparator 219, an die negative Eingangsklemme von Komparator 220 und an den Analog-Digital-Wandler 223 vorgesehen. Komparator 219 sieht deshalb einen Vergleich des sofortigen Wertes des Eingangs an Abtast(Proben)-Halte- Kreis 218 mit dem von Abtast(Proben)-Halte-Kreis 218 nachgewiesenen letzten Wert vor und sieht folglich eine Anzeige dahingehend vor, ob der sofortige Wechsel in dem von Diode 210 nachgewiesenen Analog-Signal positiv oder negativ ist. Das Ausgangssignal von Komparator 219, das an Regler 221 vorgesehen ist, zeigt folglich die Änderungsrichtung von jedweder bestimmten Farbsignatur an. Folglich liefert Komparator 219 Informationen an Regler 221, welche dem Regler 221 ermöglicht, die Größe und Richtung der Phasenverschiebung der summierten reflektierten Strahlung in bezug auf die initial modulierten Strahlen 203 und 204 zu bestimmen.
Verhältnis-Komparator 200 vergleicht das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 222 mit dem sofortigen Wert des Ausgangssignals von Phasendetektor 217. Die Schwellenreferenzspannung in einer Ausführungsform wird manuell für verschiedene Typen von Hintergrundmineralerde und teilweise abgebautes organisches Material angepaßt. In einer anderen Ausführungsform wird die Schwellenreferenzspannung durch eine entsprechende Software in Regler 221 und einen Digital-Analog-wandler 222 automatisch angepaßt. Auf diese Weise sieht Regler 221 eine kontinuierliche Aktualisierung des Hintergrundmaterials an Komparator 220 über den Digital-Analog-wandler 222 vor. Der Verhältnis-Komparator 220 weist ein binäres Ausgangssignal auf, das davon abhängt, ob das Verhältnis von in dem Gesichtsfeld nachgewiesenen Wellenlängen die des Referenzhintergrundes überschreiten. Erfindungsgemäß analysiert Regler 221 von den Komparatoren 219 und 220 vorgesehene Signale und bestimmt, ob ein Unkraut mit dem vorbestimmten Oberflächenbereich 206 nachgewiesen wird. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß System 200 in einigen Ausführungsformen eine Vielzahl von Photodetektoren 210 und die entsprechende Signalverarbeitungsschaltung umfaßt, obwohl nur einzelne Komponenten (zum Beispiel Photodetektor 210) veranschaulicht sind.
Wenn ein Unkraut nachgewiesen wird, aktiviert Regler 221 eine Vorrichtung zum Eliminieren des Unkrautes. In Fig. 2 sieht Regler 221 ein Antriebssignal (typischerweise hoch für Transistor 228 wie gezeigt) an die Basis von bipolarem NPN-Transistor 228 vor, wenn ein Unkraut nachgewiesen wird, wodurch Transistor 228 eingeschaltet wird. Das Einschalten von Transistor 228 öffnet daran anschließend ein magnetisch angetriebenes Ventil 227, welches einen Unkrautvertilgungsmittelstrahl 226 über Düse 229 freisetzt.
Um Interferenz mit der Photodetektion einer Pflanze zu minimieren, wird Unkrautvertilgungsmittel 226 nicht zur gleichen Zeit gesprüht, zu der Photodetektor 210 reflektierte Lichtstrahlen 207 von dem Oberflächenbereich 206 empfängt. Deshalb ist Sprühdüse 229 hinter (relativ zu der Bewegung des Fahrzeuges) Oberfläche 206, das heißt hinter dem Gesichtsfeld von Photodetektor 210 positioniert.
Um den Unkrautvertilgungsmittelstrahl 226 ordnungsgemäß auf Oberfläche 206 zu richten, verzögert Regler 221 folglich das Signal an Transistor 228 in Relation zu der Geschwindigkeit "V" des Fahrzeuges (wie durch den Fahrzeuggeschwindigkeitsanzeiger 224 vorgesehen) und der Entfernung "X" des Strahles hinter dem Unkraut zu dem Zeitpunkt, wenn das Unkraut nachgewiesen wird. Diese Verzögerungszeit "T" ist lediglich T = X/V, wobei X gleich die Entfernung in Metern, V gleich die Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde und T gleich die Zeit in Sekunden ist. Viele Typen von Fahrzeuggeschwindigkeitsanzeigern sind angemessen, einschließlich Doppler- Radargeschwindigkeitsanzeiger. In der vorliegenden Erfindung sind Fahrzeuggeschwindigkeiten von größer als 10 Meilen pro Stunde (0,16 Inches pro Millisekunden oder 16,1 km/h) möglich, weil das System eine breite Spanne von Rechenleistung mit Reglertaktgeschwindigkeiten im Megahertzbereich aufweist.
Die Betriebssoftware von Regler 221 wird in einem integrierten Speicherbaustein gespeichert. Diese Software kann schnell und einfach auf unterschiedliche Kulturpflanzen und verschiedene Arten von Unkrautbedingungen zugeschnitten werden. Zum Beispiel, wenn Photodetektor 210 für drei konsekutive Zeitrahmen ein Unkraut nachgewiesen hat und seine benachbarten Photodetektoren das gleiche Unkraut in zwei von den drei Zeitrahmen auch gesehen haben, dann können die magnetischen Ventile auf jeder Seite von Ventil 227 (welches spezifisch getriggert wird) in Erwartung eines sich nähernden großen Unkrauts eingeschaltet werden.
In einer Ausführungsform sind Düsen 229 auf den Boden gerichtet. Jede auf Oberfläche 205 abgezielte Düse 229 steht mit einem bestimmten Photodetektor 210 in Verbindung. Regler 221 regelt jedes Ventil 227 durch Signale, die an eine Basis von jedem Transistor 228 vorgesehen sind. Transistor 228 wird gesteuert, um die Schaltgeschwindigkeit von magnetischem Ventil 227 zu optimieren. Dieses magnetische Ventil 227 öffnet und schließt typischerweise in circa 5-10 Millisekunden. Düsen 229 geben kurze Stöße von Unkrautvertilgungsmittel 226 direkt auf das Blatt der Pflanze ab, wobei folglich das Sprühen des umgebenden Bereiches vermieden wird. In einer Applikation dieser Erfindung kann der Lichtdetektor zum Nachweis von Unkraut verwendet werden, das sich in einiger Entfernung von dem Ventil befindet, durch das Unkrautvertilgungsmittel ausgestoßen werden soll. Diese Applikation ist bei der Kontrolle von Unkräutern an Hauptverkehrsstraßen entlang besonders nützlich. Eines der Probleme bei der Kontrolle von Unkräutern an Hauptverkehrsstraßen entlang besteht darin, daß das Fahrzeug mit dem Unkrautvertilgungsmittel auf der Hauptverkehrsstraße bleiben muß, wohingegen die Unkräuter an den Straßenrändern oder in Bereichen neben der Hauptverkehrsstraße wachsen. Folglich würde erfindungsgemäß ein Lichtdetektor Unkräuter an einem gegebenen Ort abseits der Hauptverkehrsstraße nachweisen. Eine Düse, durch welche das Unkrautvertilgungsmittel ausgestoßen würde, wird dann kalibriert, um den ordnungsgemäßen Winkel zum Ausstoßen eines Stoßes von Unkrautvertilgungsmittel aufzuweisen, damit das Unkrautvertilgungsmittel auf dem Bereich mit den Unkräutern landet. Das Unkrautvertilgungsmittel wird bei einem ausgewählten Winkel und für eine ausgewählte Zeitspanne ausgestoßen, um sicherzustellen, daß der Bodenbereich, auf dem das Unkraut wächst, mit dem Unkrautvertilgungsmittel bedeckt wird, aber daß benachbarte Bereiche hoffentlich nicht von dem Unkrautvertilgungsmittel bedeckt werden. Die Berechnung des erforderlichen Winkels und Druckes, um das Unkrautvertilgungsmittel an dem richtigen Ort neben der Straße auszustoßen, kann mit weithin bekannten Flüssigkeitsfluß- und Dynamikgleichungen vorgenommen werden.
Das Projizieren von flüssigem Unkrautvertilgungsmittel über lange Entfernungen hinweg (mehrere Feet bzw. Meter) an das abgezielte Unkraut erfordert einen ununterbrochenen Unkrautvertilgungsmittelstrom von ausreichender Masse. Wenn dieser ununterbrochene Unkrautvertilgungsmittelstrom eingeschaltet und während Unkräuter in dem optischen Gesichtsfeld vorliegen, kontinuierlich angelassen wird, wird mehr Unkrautvertilgungsmittel gesprüht als notwendig ist.
Zum Minimieren der Menge an Unkrautvertilgungsmittel, während die gleiche Flugbahn aufrechterhalten wird, wird der Strom pulsbreitengesteuert. Der Betriebszyklus der Pulsbreitensteuerung wird das Äquivalent einer Flußanpassung, ohne sich auf die Druck- oder Düsenabmessungen auszuwirken.
System 200 weist signifikante Vorteile auf, wenn es als ein Entkrauter verwendet wird, indem es sich im Vergleich zu herkömmlichen Entkrautern schneller durch die Kulturpflanzenreihen bewegt. Die Kosten für Arbeit und Geräte stehen im wesentlichen in Beziehung zu der Geschwindigkeit, bei der das Gerät dazu in der Lage ist, sich zum Beispiel durch eine Obstbaumanlage oder einen Weinberg zu bewegen. Unter Verwendung herkömmlicher Unkrautbekämpfungsverfahren wird die Geschwindigkeit, bei der sich das Fahrzeug fortbewegen kann, durch Luftturbulenzen begrenzt, die sich aus der Bewegung des Gerätes und der damit einhergehenden Übersprühung ergeben. Sprühdüse 229 richtet einen sehr schmalen massiven Sprühkegel aus. Folglich eliminiert die vorliegende Erfindung wirksam das Übersprühen und ermöglicht viel höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten.
In einer anderen Ausführungsform der in Fig. 5 veranschaulichten vorliegenden Erfindung werden Lichtstrahlen 203 und 204 von dem Licht der Sonne isoliert. Ganz spezifisch werden Dioden 201 und 202 sequentiell bei einer hohen Frequenz, zum Beispiel 1 MHz, ein- und ausgeschaltet. Verstärker 501 puffert die von Photodetektor 210 erzeugte Spannung und sieht eine verstärkte Spannung an die Abtast(Proben)-Halte-Kreise 502 vor. Abtast(Proben)- Halte-Kreise 502 werden durch das gleiche Taktsignal angesteuert, das Lichtquellen 201 und 202 regelt. Auf diese Weise wird ein Abtast(Proben)-Halte-Kreis zur gleichen Zeit wie Lichtquelle 201 eingeschaltet, ein anderer Abtast(Proben)-Halte-Kreis wird zur gleichen Zeit wie Lichtquelle 202 eingeschaltet und der letzte Abtast(Proben)-Halte-Kreis wird eingeschaltet, wenn weder Lichtquelle 201 noch 202 eingeschaltet wird. Folglich sieht ein Abtast(Proben)-Halte-Kreis ein Ausgangssignal vor, das Licht mit einer Wellenlänge von 670 Nanometer, einschließlich der Sonne darstellt, ein anderer Abtast(Proben)-Halte-Kreis sieht ein Ausgangssignal vor, das Licht mit einer Wellenlänge von 750 Nanometer mit der Sonne vorsieht und der letzte Abtast(Proben)-Halte-Kreis sieht ein Ausgangssignal vor, das nur die Sonne darstellt.
Verstärker 503 subtrahiert die von der Sonne erzeugten Signale, wodurch nur die Signale ausgegeben werden, die Licht mit einer Wellenlänge von 670 und 750 Nanometer darstellen. Verstärker 504 summiert die Ausgangssignale von Verstärkern 503. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß diese Ausgangssignale auch an den Analog-Digital-Wandler 510 durch Analog-Verschiebe-Gates 508 übertragen werden. Analog-Digital-Wandler 510 ist direkt an Regler 221 gekoppelt. Das Ausgangssignal von Abtast(Proben)-Halte- Kreis 505 ist an die negative Eingangsklemme von Komparator 506 vorgesehen. Das Eingangssignal an Abtast(Proben)-Halte- Kreis 505 ist an die positive Eingangsklemme von Komparator 506 und an die negative Eingangsklemme von Komparator 507 vorgesehen. Komparator 506 sieht in dieser Konfiguration ein Ausgangssignal vor, das für die Änderung von jedweder bestimmten Farbsignatur (siehe auch Komparator 219 von Fig. 2) indikativ ist. Deshalb liefert Komparator 506 Informationen an Regler 221, welche Regler 221 in die Lage versetzen, die Größe und Richtung der Phasenverschiebung der summierten reflektierten Strahlung in bezug auf Lichtstrahlen 203 zu bestimmen.
Komparator 507 vergleicht das Ausgangssignal von Digital- Analog-wandler 509 mit dem sofortigen Wert des Ausgangssignals von Verstärker 504. Das Ausgangssignal von Digital-Analog-Wandler (siehe auch Digital-Analog-wandler 222 in Fig. 2) wird angepaßt, um für die Hintergrundmineralerde und das teilweise abgebaute organische Material zu kompensieren. Folglich weist Komparator 507 ein Ausgangssignal auf, das abhängig davon variiert, ob das Verhältnis von in dem Gesichtsfeld nachgewiesener Wellenlänge das des Referenzhintergrundes überschreitet. Regler 221 analysiert die Signale, die von Komparatoren 506 und 507 zur Bestimmung vorgesehen sind, ob ein Unkraut nachgewiesen wird.
Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine mechanische Vorrichtung, wie zum Beispiel eine Drehhacke, anstelle von Unkrautvertilgungsmittel zum Eliminieren des Unkrautes oder der unerwünschten Pflanze verwendet wird. Fig. 6A und 6B veranschaulichen typische Zwischenräume in einem Reihenkulturfeld. Wie in Fig. 6A gezeigt wird, werden Reihenkulturen 605 typischerweise in zwei Reihen oben auf Beeten 604 gepflanzt. Der Zwischenraum 600 zwischen diesen beiden Reihen beträgt circa 6-12 Inches (15,2-30,5 cm), wohingegen der Zwischenraum 601 zwischen Mittelpunkten von Beeten 604 circa 24-48 Inches (61,0- 121,9 cm) beträgt. Die Reifen 603 von zum Beispiel einem Traktor (nicht gezeigt) überbrücken zwei Beete 604 bei einem Abstand 608 von circa 48-96 Inches (121,9 cm - 243,8 cm). Die Reihen 606, in Fig. 2B gezeigt, sind dicht bepflanzt, um eine maximale Produktion sicherzustellen. Besonders während optimaler Wachstumsbedingungen wachsen jedoch zu viele Pflanzen in einer Reihe in enger Umgebung aufeinander und müssen vereinzelt werden, um eine ordnungsgemäße Entwicklung für jede Pflanze zu erlauben. Pflanzen 607 müssen ganz speziell ausgehackt werden, um Zwischenräume 602 von circa 6-12 Inches (15,2-30,5 cm) zwischen Pflanzen 605 vorzusehen, die dazu bestimmt sind, stehen zu bleiben. Folglich sieht ein Entkrauter, gezeigt entweder in Fig. 2 oder Fig. 5, der mit einer magnetisch gesteuerten Hacke anstelle eines magnetisch gesteuerten Ventils ausgerüstet ist, diese Vereinzelungsfunktion zusätzlich zum Jäten vor.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 7 gezeigt wird, diskriminiert der intelligente Entkrauter 700 zwischen verschiedenen Unkraut- und Kulturpflanzenarten auf der Basis von Spektralreflexion, Größe, Form und Standort der Pflanze. Entkrauter 700 verwendet eine Vielzahl monochromatischer Lichtquellen 701-1, 701-2, 701-3... 701-N (worin N die Gesamtzahl von Lichtquellen ist, wobei jede Lichtquelle eine unterschiedliche Wellenlänge aufweist). In dieser Ausführungsform muß Mikroregler 221 zusätzlich zu den in bezug auf Fig. 2 und 5 beschriebenen Funktionen in der Lage sein, die folgenden Parameter zu analysieren: Die Größe einzelner Blätter, die Form einzelner Blätter, den Standort der Pflanze in bezug auf eine gekennzeichnete Reihe und einen Zwischenraum innerhalb der Reihe.
Die verschiedenen Wellenlängen von Lichtquellen 701-1- 701-N sind mehrfach tonmoduliert, wobei jede Wellenlänge einer bestimmten Modulationsfrequenz entspricht. Lichtstrahlen 702 werden von Oberfläche 206 in dem Gesichtsfeld von Photodetektor 210 auf eine Weise reflektiert, die unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben ist. Feinabgestimmter Kreis 713, der Induktor 711 und Kondensator 712 umfaßt, ist im allgemeinen breiter hinsichtlich der Bandbreite als feinabgestimmter Kreis 213 (Fig. 2), um dem Bereich von Modulationsfrequenzen gerecht zu werden. Verstärker 703 sieht Verstärkungs- und Impedanzanpassung vor, während Filter 704 schmale Bandpaßfilter sind, wobei jeder Filter auf eine der Modulationsfrequenzen eingestellt wird. Detektoren 705 wandeln Ausgangssignale von Filtern 704 in Gleichstrompegel um, die dem Gehalt der verschiedenen Wellenlängen in den reflektierten Lichtstrahlen 207 proportional sind. Analog- Verschiebe-Gates 707 multiplexen diese Gleichstrompegel an einen Analog-Digital-Wandler hoher Geschwindigkeit 223. Wandler 223 treibt anschließend Regler 221 an, der Transmitter 228 und magnetisch betriebene Hacke 708 aktiviert.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (nicht gezeigt) wird der Entkrauter, wie in Fig. 2, 5 oder 7 veranschaulicht, von einer Einzelperson entweder als eine Hand- oder Rückeneinheit getragen. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, daß in dieser Ausführungsform das optische System (zum Beispiel Dioden 201, 202, Emitterlinse 205, Detektorlinse 208, Platte mit Öffnung 209 und Photodetektor 210 von Fig. 2) durch ein faseroptisches Kabel an ein Sprührohr gekoppelt ist. Das Rohr enthält auch Beschleunigungsmesser zur Bestimmung der Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Rohres.
Ein erfindungsgemäßer Entkrauter sieht einen signifikant leistungsfähigeren Weg zum Eliminieren von Unkräutern in jedwedem Kulturanbau vor. In einer typischen Obstbaumanlage sind bei herkömmlicher Unkrautkontrolle zum Beispiel grundlegend drei Arbeitsgänge beteiligt, wobei einige Arbeitsgänge, abhängig von dem Kulturanbau und der jeweiligen Region des Landes, jährlich zwei- oder mehrmalig durchgeführt werden. Während einem ersten Arbeitsgang zum Frühjahranfang wird eine drei bis fünf Feet (0,91 m - 1,52 m) breite Reihe mit einer dicken Schicht von Unkrautvertilgungsmittel besprüht, bevor die Pflanzen aufgehen. Das Mischungsverhältnis ist reich und die Abdeckung ist extrem dick, weil eine versäumte Gelegenheit zur kompletten Abtötung einjähriger Unkräuter zu diesem Zeitpunkt höhere Kosten später bedeutet, wenn die Unkräuter matur werden. Außerdem ist das Unkrautvertilgungsmittelgemisch oft mit einem starken Unkrautvertilgungsmittel versetzt, das nach dem Aufgehen der Pflanzen angewendet wird, um die einjährigen Unkräuter, die bereits aufgegangen sind und mehrjährige Unkräuter, die von der letzten Wachstumssaison überlebt haben, zu bekämpfen. Der Arbeitsgang beinhaltet einen Fahrer, eine Sprühvorrichtung, die auf einen Traktor montiert ist und eine erhebliche Menge an sehr teurem Unkrautvertilgungsmittel. Während eines zweiten Arbeitsganges in den Sommermonaten, werden die "Mittleren" (das heißt der Bereich zwischen gesprühten Reihen, der typischerweise 15 bis 17 Feet (4,57-5,18 m) breit ist) gemäht oder bearbeitet. Es wird wiederum ein Fahrer zusammen mit einer Mähvorrichtung und am wahrscheinlichsten einem anderen Traktor als der, der zum Sprühen verwendet wurde, benötigt. Dieser Arbeitsgang wird typischerweise zwei- bis viermal während der Wachstumssaison wiederholt. Letztlich wird in einem dritten Arbeitsgang ein Unkrautvertilgungsmittel auf die Unkräuter appliziert, nachdem die Unkräuter bereits aufgegangen sind, die der Winterpplikation vor dem Aufgehen der Pflanzen in den gesprühten Reihen entgangen sind. Diese Applikation wird oft von zwei Männern durchgeführt, die hinter einem Traktor mit Handsprührohren herlaufen. Der Traktor fährt im Zentrum einer Mittelreihe hinunter, wohingegen die beiden Arbeiter Unkräuter in den zuvor gesprühten Reihen sprühen, ein Arbeiter in jeder der beiden Reihen, die sich unmittelbar an die Mittelreine anschließen. Auf dem Traktor ist eine Sprühvorrichtung montiert, die eine starke Konzentration von Unkrautvertilgungsmittel pumpt, die dazu bestimmt ist, vollständig ausgewachsene gesunde Unkräuter abzutöten (Knockdown-Effekt). Als Alternative werden von Arbeitern Rückensprühkanister getragen, und individuelle Unkräuter werden lokalisiert und gesprüht. Dieser Arbeitsgang wird auch jährlich zwei- oder mehrmalig durchgeführt.
Erfindungsgemäß können die Sprüh- und Mähvorgänge gleichzeitig durchgeführt werden. Folglich wird ein Traktor für die gesamte Saison anstelle der drei vorstehend beschriebenen eingesetzt. Der intelligente Entkrauter wird für eine Applikation vorne an den Traktor montiert. Eine herkömmliche Dreh- oder Flegelmähvorrichtung wird dann an der Rückseite des Traktors befestigt. Auf diese Weise kann die Winterbehandlung vor dem Aufgehen der Pflanzen mit einem Bruchteil des in herkömmlichen Verfahren verwendeten Unkrautvertilgungsmittels durchgeführt oder in einigen Fällen vollkommen eliminiert werden, weil der Entkrauter die Applikation des Unkrautvertilgungsmittels selektiv und präzise abzielt und das deshalb später in der Wachstumsaison viel wirksamer ist. Außerdem wird der gesamte Arbeitsgang mit einem Fahrer und einem Traktor durchgeführt - wie oben bereits angemerkt wurde. Außerdem können zwei verschiedene Sprühtypen gleichzeitig durchgeführt werden. Es kann speziell anhand herkömmlicher Verfahren ein Unkrautvertilgungsmittel vor dem Aufgehen der Pflanzen (auf den gesamten Bodenbereich gerichtet) appliziert werden, während ein Unkrautvertilgungsmittel nach dem Aufgehen der Pflanzen (nur auf vorbestimmte Pflanzen gerichtet) erfindungsgemäß appliziert werden kann.
Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäßer Entkrauter dazu in der Lage, unter einer großen Vielfalt verschiedenartiger Bedingungen zu arbeiten, einschließlich unter windigen Bedingungen, grellem Sonnenlicht, künstlicher Beleuchtung oder vollkommener Dunkelheit, wodurch eine 24-Stunden- Betriebszeit ermöglicht wird. Das Sprühen von Unkrautvertilgungsmittel bei Nacht weist einige bedeutende Vorteile auf, weil kühlere Bedingungen längere und wirksamere Arbeitsstunden während kritischer Zeiten in der Saison erlauben. Die höhere relative Feuchte bei Nacht hilft spezifisch bei der Benetzung von Blättern, wodurch die Wirksamkeit des Unkrautvertilgungsmittels verlängert wird und die Abwesenheit von Wind nach Sonnenuntergang Übersprühen eliminiert. Zusätzlich zu der signifikanten Kostenreduktion von mit der Elimination von Unkräutern in Verbindung stehendem Unkrautvertilgungsmittel sieht die vorliegende Erfindung durch ihre Fähigkeit, bei Nacht betrieben werden zu können, deshalb zusätzliche Vorteile vor.
Außerdem minimiert oder eliminiert die vorliegende Erfindung sogar die Verwendung von Unkrautvertilgungsmitteln vor dem Aufgehen der Pflanzen zugunsten der weniger kostspieligen und umweltfreundlicheren, nach Aufgehen der Pflanzen applizierten Unkrautvertilgungsmittel. Nach Aufgehen der Pflanzen applizierte Unkrautvertilgungsmittel werden auf individuelle Pflanzen aufgebracht und dringen durch die Blätter in die Pflanze ein. Vor Aufgehen der Pflanzen applizierte Umkrautvertilgungsmittel werden auf die Erde aufgebracht und hindern neue Samenkörner am Keimen. Vor Aufgehen der Pflanzen applizierte Unkrautvertilgungsmittel persistieren auslegungsgemäß über lange Zeitspannen in der Erde und unterliegen deshalb zunehmend von der Regierung erlassenen Vorschriften. Darüber hinaus sind diese vor Aufgehen der Pflanzen applizierten Unkrautvertilgungsmittel im allgemeinen kostspieliger als nach Aufgehen der Pflanzen applizierte Unkrautvertilgungsmittel, teilweise aufgrund der mit diesen Stoffen einhergehenden Verantwortlichkeit und den von der Regierung zunehmend erlassenen Vorschriften. Folglich reduziert die vorliegende Erfindung die Kosten der Unkrautelimination und verringert zur gleichen Zeit die Auswirkungen auf die Umwelt.
Zusammenfassend sei gesagt, daß die Präzision eines erfindungsgemäßen Entkrauters sicherstellt, daß kein Unkraut übersehen wird, daß kein Unkraut mehr Unkrautvertilgungsmittel abbekommt als erforderlich ist und daß kein Unkrautvertilgungsmittel auf unbewachsenen Boden gesprüht wird. Aufgrund dessen reduziert der Entkrauter die Arbeit, die Gerätebetriebskosten und die Unkrautvertilgungsmittelkosten, verbessert signifikant die Unkrautkontrolle und reduziert dramatisch die Exposition gegenüber dem Unkrautvertilgungsmittel sowohl der Kulturpflanzen als auch der Arbeiter.
Diese Beschreibung ist nur veranschaulichend und nicht einschränkend beabsichtigt. Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf die Kontrolle der Applikation von Unkrautvertilgungsmittel durch Sprühen beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung gemeinsam mit anderen landwirtschaftlichen Stoffen, wie zum Beispiel Düngemitteln, Fungiziden und Insektiziden eingesetzt werden. Es ist zusätzlich zur Kenntnis zu nehmen, daß der Begriff "Licht" nicht auf sichtbares Licht begrenzt ist, sondern auf jedwede Strahlung von entsprechender Wellenlänge verweist. Die Fachleute werden dazu in der Lage sein, andere in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallende Entkrauter unter Berücksichtigung der ausführlichen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen auszuarbeiten. Die vorliegende Erfindung wird in den anhängenden Patentansprüchen dargelegt.

Claims

1. Struktur, die folgendes umfaßt:

Mindestens zwei Quellen (201, 202) von im wesentlichen monochromatischem, moduliertem Licht, wobei jede Lichtquelle (201, 202) einen Lichtstrahl (203, 204) mit einer unterschiedlichen Wellenlänge vorsieht, wobei jeder genannte Lichtstrahl auf einen Bereich einer Oberfläche (206) fokussiert wird, wobei genannte Oberfläche (206) im wesentlichen stationär ist;

einen Detektor (210) zum Nachweis einer Lichtreflexion von genanntem Bereich;

Vorrichtung zum Analysieren (214) genannter Reflexion zur Bestimmung, ob genannter Bereich eine Pflanze ist;

Vorrichtung zum Einleiten (221) einer ausgewählten Aktivität in bezug auf Pflanzen, abgesehen von einem ausgewählten Typ, als Reaktion auf ein Signal von genannter Vorrichtung zum Analysieren und

Vorrichtung zum Bewegen von genannten mindestens zwei im wesentlichen monochromatischen Lichtquellen und genanntem Detektor in bezug auf genannte Oberfläche (206), damit genannter Bereich über genannte Oberfläche (206) hinweg abgetastet wird.

2. Struktur nach Anspruch 1, worin genannte ausgewählte Aktivität die Applikation mindestens eines Unkrautvertilgungsmittels auf eine genannte Pflanze oder mehrere genannte Pflanzen (206), abgesehen von genanntem ausgewähltem Typ, umfaßt.

3. Struktur nach Anspruch 1, worin genannte Lichtquellen Lichtemitterdioden (201, 202) sind.

4. Struktur nach Anspruch 1, worin genannte Lichtquellen Laser sind.

5. Struktur nach Anspruch 1, worin genannte Lichtquellen chromatische Lichtquellen mit Filtern umfassen.

6. Struktur nach Anspruch 5, worin genannte chromatische Lichtquellen Glühlampen mit Filtern sind.

7. Struktur nach Anspruch 5, worin genannte chromatische Lichtquellen Fluoreszenzlampen mit Filtern sind.

8. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, die überdies eine Platte mit einer Öffnung (209A) umfaßt, die in betriebsfähiger Beziehung zu genanntem Detektor angeordnet ist, worin genannte Öffnung genannte Reflexion von genanntem Lichtstrahl von genanntem vorbestimmtem Oberflächenbereich begrenzt.

9. Struktur nach Anspruch 8, die überdies eine erste Linse (205) zum Fokussieren genannter Lichtstrahlen auf genannten vorbestimmten Oberflächenbereich umfaßt.

10. Struktur nach Anspruch 9, die überdies eine zweite Linse (208) zum Fokussieren genannter Reflexion von genannten Lichtstrahlen durch genannte Öffnung auf genannten Detektor umfaßt.

11. Struktur nach Anspruch 10, die überdies einen Abtast(Proben)- und Haltekreis (218) zum Vergleichen einer ersten Reflexion während eines ersten vorbestimmten Zeitrahmens mit einer zweiten Reflexion während eines zweiten vorbestimmten Zeitrahmens umfaßt.

12. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin genannte Vorrichtung zum Analysieren einen Regler (221) einschließt.

13. Struktur nach Anspruch 12, worin genannte Vorrichtung zum Einleiten einen Treiber (228) umfaßt, der durch genannten Regler (221) aktiviert wird, wenn eine Pflanze nachgewiesen wird.

14. Struktur nach Anspruch 13, die überdies ein an genannten Treiber (128) gekoppeltes Ventil (227) umfaßt, worin genanntes Ventil (223) aktiviert wird, wenn genannter Treiber (228) aktiviert wird.

15. Struktur nach Anspruch 14, die überdies eine an genanntes Ventil (227) gekoppelte Düse (229) zum Sprühen von Unkrautvertilgungsmittel (226) auf genannte Pflanze (206) umfaßt, wenn genanntes Ventil aktiviert wird.

16. Struktur nach Anspruch 13, die überdies eine an genannten Treiber (228) gekoppelte Hacke umfaßt, worin genannte Hacke aktiviert wird, wenn genannter Treiber (228) aktiviert wird.

17. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin genannte Vorrichtung zum Analysieren einen Geschwindigkeitsdetektor (224) umfaßt, der an genannten Regler zur zeitlichen Abstimmung der Aktivierung von genanntem Treiber (228) gekoppelt ist.

18. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin genannte Lichtquellen in Bezug zueinander dergestalt phasengesteuert sind, damit eine Lichtquelle von genannten Lichtquellen eine Phasenverschiebung in bezug auf eine Phase von einer anderen Lichtquelle von genannten Lichtquellen aufweist.

19. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin genannte Lichtquellen multitonmoduliert sind.

20. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin genannte Lichtquellen Phasen mit keiner Überlappung aufweisen und mit Schaltungen synchronisiert sind, die genanntem Detektor folgen.

21. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin genannte zwei Lichtquellen folgendes umfassen:

Vorrichtung (201, 202) zum Erzeugen von Strahlung von einer ersten ausgewählten, im wesentlichen monochromatischen Wellenlänge während eines ersten Zeitintervalls und zum Erzeugen von Strahlung von einer zweiten ausgewählten, im wesentlichen monochromatischen Wellenlänge während eines zweiten Zeitintervalls;

Merkmale von Materialien in genanntem Bereich, die durch Merkmale derjenigen Anteile genannter Strahlung von genannten ersten und zweiten ausgewählten Wellenlängen bestimmt werden, die von genanntem Bereich reflektiert werden;

Vorrichtung zum Empfangen (210, 214) derjenigen Anteile genannter Strahlung von genannten ersten und zweiten ausgewählten Wellenlängen, die von genanntem Bereich reflektiert werden und zum Verarbeiten von Signalen, die für die reflektierten Anteile genannter Strahlung von genannten ersten und zweiten ausgewählten Wellenlängen repräsentativ sind, um eine Anzeige genannter Merkmale von genannten Materialien in genanntem Bereich vorzusehen.

22. Struktur nach Anspruch 21, worin genannte Vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten (210, 214) eine Öffnung (209A) mit einer Länge umfaßt, die signifikant größer als ihre Breite ist, wobei genannte Öffnung (209A) längsweise in einer Richtung im wesentlichen senkrecht auf eine Richtung verläuft, worin genannte Vorrichtung zum Bewegen genannte Vorrichtung zum Erzeugen und genannte Vorrichtung zum Richten bewegt.

23. Struktur nach Anspruch 21, worin genannte Vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten (210, 214) eine Vielzahl von Strahlungsdetektoren (210) zum Erzeugen einer Vielzahl von Signalen umfaßt, wobei jede genannte Vielzahl von Strahlungsdetektoren (210) reflektierte Strahlung von einem entsprechenden Bereich einer entsprechenden Vielzahl von Bereichen nachweist und ein entsprechendes Signal erzeugt, wobei genannte Vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten (210, 214) genannte Anzeige vorsieht, damit Unkrautvertilgungsmittel (226) auf jeden Bereich von genannter Vielzahl von Bereichen basierend auf genannter Vielzahl von Signalen appliziert oder nicht appliziert wird.

24. Struktur nach Anspruch 23, worin genannte Vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten (210, 214) genannte Anzeige vorsieht, damit Unkrautvertilgungsmittel (226) auf einen Bereich von genannter Vielzahl von Bereichen nur appliziert wird, wenn durch genannte Vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten (210, 214) bestimmt wird, daß ein benachbarter Bereich von genannter Vielzahl von Bereichen eine Pflanze ist.

25. Struktur nach Anspruch 21, worin genannte Vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten (210, 214) eine Zeitperiode bestimmt, in der genannte Merkmale genannter Materialien in genanntem Bereich genannten Bereich in einer Pflanze anzeigen.

26. Struktur nach Anspruch 21, die überdies Vorrichtungen zum Nachweisen einer Bewegungsgeschwindigkeit in bezug auf genannte Oberfläche umfaßt.

27. Struktur nach Anspruch 26, worin es sich bei genanntem Bereich, auf den genannte Vorrichtung zum Applizieren Unkrautvertilgungsmittel (226) appliziert, um einen Bereich handelt, der sich von genanntem Bereich unterscheidet, auf den genannte Strahlung von genannten ersten und zweiten ausgewählten Wellenlängen auftrifft, wobei genannter Bereich, auf den genannte Vorrichtung zum Applizieren Unkrautvertilgungsmittel (226) appliziert, direkt hinter genanntem Bereich angeordnet ist, auf den genannte Strahlung von genannten ersten und zweiten ausgewählten Wellenlängen in bezug auf eine Bewegungsrichtung auftrifft, worin genannte Vorrichtung zum Bewegen genannte Vorrichtung zum Erzeugen, genannte Vorrichtung zum Richten, genannte Vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten (210, 214) und genannte Vorrichtung zum Applizieren bewegt.

28. Struktur nach Anspruch 21, worin genanntes erstes zeitintervall und genanntes zweites Zeitintervall überlappen.

29. Struktur nach Anspruch 21, worin genanntes erstes Zeitintervall und genanntes zweites Zeitintervall nicht überlappen.

30. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin genannte Lichtquellen folgendes umfassen:

Vorrichtung zum Modulieren von Licht einer ersten Wellenlänge mit einem ersten Modulationssignal, das eine erste Frequenz aufweist;

und Vorrichtung zum Modulieren von Licht der unterschiedlichen Wellenlänge mit einem zweiten Modulationssignal, das eine zweite Frequenz aufweist;

einen Lichtdetektor, der einen Anteil von genanntem Licht von genannter erster Wellenlänge und einen Anteil von genanntem Licht von genannter unterschiedlicher Wellenlänge nachweist, die von genanntem Bereich von genannter Oberfläche reflektiert, wobei genannter Lichtdetektor eine Ausgangsleitung aufweist;

einen Filterkreis, der an genannte Ausgangsleitung von genanntem Lichtdetektor gekoppelt ist, wobei genannter Filterkreis Signale an genannter Ausgangsleitung von genanntem Detektorkreis aufgrund auftreffenden Sonnenlichtes zurückweist, die niedrigere Frequenzen als genannte Frequenzen von genannten ersten und zweiten Modulationssignalen aufweisen, wobei genannter Filterkreis ein Detektorausgangssignal abgibt, das für die genannten ersten und zweiten Modulationssignale bezeichnend ist;

einen Verarbeitungskreis, der genanntes Detektorausgangssignal analysiert und veranlaßt, daß ein Unkrautvertilgungsmittel auf genannten Bereich von genannter Oberfläche basierend auf einer Bestimmung von relativen Intensitäten von Licht genannter erster Wellenlänge und Licht von genannter zweiter Wellenlänge gesprüht wird, das durch genannten Detektor nachgewiesen wird, nachdem es von genannter Oberfläche reflektiert wird und

Vorrichtung zum Bewegen von genannten ersten und zweiten, im wesentlichen monochromatischen Lichtquellen (201, 202), von genanntem Lichtdetektor, genanntem Filterkreis (213) und genanntem Verarbeitungskreis (214) über genannten Bereich genannter Oberfläche.

31. Struktur nach Anspruch 30, worin genannte Frequenz von genanntem ersten Modulationssignal im wesentlichen mit genannter Frequenz von genanntem zweiten Modulationssignal identisch ist, genannte erste und zweite Modulationssignale digitale Wellenformen aufweisen und genannter Verarbeitungskreis genanntes Unkrautvertilgungsmittel (226) auf genannten Bereich von genannter Oberfläche sprüht, nachdem genannter Lichtdetektor (210) kein Licht mehr von genannter erster Wellenlänge und genannter zweiter Wellenlänge nachweist, das von genanntem Bereich aufgrund von Bewegung genannter Vorrichtung zum Bewegen über genannte Oberfläche reflektiert.

32. Struktur nach Anspruch 31, worin genannter Lichtdetektor ein Photodetektor (210) ist und worin genannter Filterkreis (213) folgendes umfaßt: Einen Kondensator (212) mit einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung, einen Induktor (211) mit einer ersten Leitung und einer zeiten Leitung und einen Verstärker mit einer Eingangsleitung, wobei genannte erste Leitung von genanntem Kondensator (212) an genannte erste Leitung von genanntem Induktor (211), an genannte Ausgangsleitung von genanntem Lichtdetektor (210) und an genannte Eingangsleitung von genanntem Verstärker (214) gekoppelt wird, wobei genannte zweite Leitung von genanntem Kondensator (212) an genannte zweite Leitung von genanntem Induktor (211) gekoppelt wird.

33. Struktur nach Anspruch 32, worin genannter Filterkreis (213) überdies folgendes umfaßt: Einen Phasendetektor (217), wobei genannter Phasendetektor (217) eine erste Eingangsleitung, eine zweite Eingangsleitung und eine Ausgangsleitung aufweist und worin genannter Verstärker eine Ausgangsleitung aufweist, wobei genannte Ausgangsleitung von genanntem Verstärker an genannte erste Eingangsleitung von genanntem Phasendetektor gekoppelt wird, wobei genannter zweiter Eingang von genanntem Phasendetektor (217) gekoppelt wird, um eines von genannten Modulationssignalen zu empfangen, die genannte erste und zweite, im wesentlichen monochromatische Lichtquellen modulieren.

34. Verfahren zum Bestimmen eines Standortes einer Pflanze, das die folgenden Schritte umfaßt:

Bewegen mindestens zweier Quellen von im wesentlichen monochromatischem, moduliertem Licht über einen Oberflächenbereich, wobei jede Lichtquelle einen Lichtstrahl mit einer unterschiedlichen Wellenlänge vorsieht;

Fokussieren genannten Lichtstrahles auf genannten Oberflächenbereich;

Nachweis einer Reflexion von genannten Lichtstrahlen von genanntem Oberflächenbereich;

Analysieren genannter Reflexion zur Bestimmung, ob genannter Oberflächenbereich eine Pflanze ist und Einleiten einer ausgewählten Aktivität basierend auf genanntem Analysieren.

35. Verfahren nach Anspruch 34, worin das Licht durch einen Schritt moduliert wird, der das Einstellen einer Phase von einer von genannten Lichtquellen einschließt, die in bezug auf eine Phase von einer anderen Lichtquelle von genannten Lichtquellen versetzt werden soll.

36. Verfahren nach Anspruch 34, worin genannter Modulationsschritt Multitonmodulieren einschließt.

37. Verfahren nach Anspruch 34, worin genannter Modulationsschritt das Synchronisieren von genannten mindestens zwei im wesentlichen monochromatischen Lichtquellen mit genanntem Nachweisschritt einer Reflexion einschließt.

38. Verfahren nach Anspruch 34, worin genannter Analysenschritt genannter Reflexion und genannter Schritt zum Einleiten einer ausgewählten Aktivität zur Applikation von Unkrautvertilgungsmittel auf genannten vorbestimmten Bereich führt, wenn genannter vorbestimmter Bereich ein Oberflächenbereich einer Pflanze ist und genanntes Ergebnis dazu führt, daß kein Unkrautvertilgungsmittel auf genannten vorbestimmten Bereich appliziert wird, wenn es sich bei genanntem vorbestimmtem Bereich um einen Bereich mit unbewachsenem Boden handelt.