PL173490B1

PL173490B1 - Sposób i układ do rozróżniania obiektów

Info

Publication number: PL173490B1
Application number: PL93307246A
Authority: PL
Inventors: Jim Beck; Tom Vyse
Original assignee: Patchen California Inc
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1998-03-31
Also published as: EP0653051A1; CA2141038C; NZ254659A; EP0653051A4; US5389781A; CA2141038A1; AU673186B2; HU9500140D0; ES2127291T3; HUT73363A; RU2127874C1; DE69322277D1; RU95104941A; GR3029475T3; JPH08501385A; DK0653051T3; BR9306806A; US5296702A; ES2127291T5; EP0653051B2

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do rozróżniania obiektów, zwłaszcza do optycznego wykrywania chwastów i ich eliminacji.

W wielu sytuacjach konieczne jest odróżnianie obiektów różnego rodzaju od siebie. Zagadnienie to jest istotne w wielu różnych dziedzinach, jak produkcja techniczna, przetwarzanie danych i rozprowadzanie poczty. Szczególne jednak znaczenie ma rozróżnianie obiektów w rolnictwie. Na przykład, zdolność odróżniania chwastów od hodowanych roślin

173 490 jest dlatego ważna, że nawet przerzedzone populacje chwastów, w dalszym ciągu zmniejszają wilgotność, naświetlenie i wartość odżywczą plonów, przez co znacznie zmniejszają wartość zbiorów. Ponadto, chwasty mogą utrudniać pracę maszynom rolniczym i utrudniać operacje rolnicze, takie jak żniwa. Stosowanie herbicydów jest typową metodą zwalczania chwastów. Jednakże przy stosowaniu herbicydów do rozproszonych chwastów, większość preparatu jest tracona odkładając się w gołej glebie, i wówczas cała operacja nie przynosi efektu. Ponieważ herbicydy są drogie, wielu plantatorów usiłuje oszczędzać stosując mniejsze ich ilości. Wówczas chwasty o większej odporności chemicznej nie ulegają zniszczeniu, z powodu zaaplikowania niewystarczającej dawki herbicydów. Ponadto, herbicydy mogą mieć bardzo niepożądany wpływ na środowisko naturalne, np. poprzez spowodowanie skażenia wód gruntowych lub spowodowanie chemicznego spalenia innych plantacji na sąsiednich polach w czasie powodzi. Stąd istnieje potrzeba zmniejszenia tak kosztów finansowych, jak i ekologicznych, związanych ze stosowaniem herbicydów, poprzez selektywne spryskiwanie jedynie chwastów.

Sposoby optycznego rozróżniania gleby od roślin są znane. Jednakże wiele z tych sposobów wykorzystuje urządzenia oparte na wykorzystaniu światła słonecznego do utworzenia odbitego obrazu. Takie urządzenia nie mogą pracować w nocy, a ich praca pogarsza się przy zachmurzeniu lub nawet zacienieniu.

Na przykład z opisu patentowego US 5 144 767 znany jest opryskiwacz rolniczy sterowany przez urządzenie wyposażone w czujnik do określania irradiacji w zakresie długości fal bliskich podczerwieni widma elektromagnetycznego oraz zespół czujników do określania radiacji docelowego obszaru do opryskiwania, w zakresach fal czerwonych i bliskich podczerwieni. Sterownik, który steruje poszczególne dysze natryskowe opryskiwacza rolniczego porównuje pomiary dokonane przez czujniki i porównuje stosunek zmierzonych wartości dla określenia czy oprysk określonego docelowego obszaru powinien być włączony, czy też wyłączony. Określenia tego dokonuje się za pomocą obserwacji tabel wartości współczynnika odbicia, lub przez przeprowadzenie obliczeń nieliniowych algorytmów decyzyjnych.

Znane są również sposoby optycznego odróżniania gleby od roślin wykorzystujące urządzenia, w których sztuczne źródło białego światła jest wykorzystywane do stworzenia odbitego obrazu. Jednakże w naturalnych warunkach, tzn. w słońcu, to sztuczne źródło światła musi współzawodniczyć ze słońcem, które jest tyciące razy jasniejsze i stale zmienia swą jasność i rozkład widmowy. Tak więc znane sposoby wykorzystujące naturalne źródło światła, jak i wykorzystujące sztuczne źródło białego światła, nie przekazują w pełni wiarygodnego falowego opisu obiektów z pola widzenia urządzenia, wystarczającego do eliminacji pojedynczych chwastów. W rzeczywistości, stosownie tych metod ogranicza się do mało uprawianych jak i nie uprawianych roślin, gdzie brak precyzji może być tolerowany. Jednakże sady, winnice i plantacje grządkowe wymagają dużej dokładności w zwalczaniu chwastów. Istnieje więc potrzeba opracowania urządzenia, które dostarczy dokładne optyczne wskazanie chwastów i zapewni wydajną eliminację tych chwastów.

Sposób według wynalazku stosowanyjest do rozróżniania obiektów, zwłaszcza wyznaczania położenia roślin. Zgodnie ze sposobem poddaje się detekcji wiązkę światła odbitego od badanej powierzchni terenu, w dwóch zakresach fal widma elektromagnetycznego, a otrzymany sygnał elektryczny analizuje się i przetwarza na sygnał sterujący zespołu oddziaływania na rozróżniane obiekty. Sposób tego rodzaju charakteryzuje się tym, że ponad powierzchnią terenu przesuwa się co najmniej dwa monochromatyczne źródła światła, a ze źródeł światła doprowadza się wiązki światła o różnych długościach fali. Wiązki światła ogniskuje się na badanej powierzchni, a emitowane ze źródeł światła wiązki poddaje się modulacji. Po przeprowadzeniu detekcji wiązki światła odbitego od powierzchni terenu, mierzy się i analizuje parametr sygnału elektrycznego odpowiadający współczynnikom odbicia fal o różnych długościach zawartych w tej wiązce światła odbitego, dla określenia rodzaju badanej powierzchni.

Korzystnym jest, że w czasie modulacji wiązek światła, fazę jednej z wiązek światła przesuwa się względem fazy drugiej wiązki światła. Jako modulację wiązek światła stosuje

173 490 się wieloodcieniową modulację koloru. Podczas modulacji synchronizuje się co najmniej dwa monochromatyczne źródła światła z procesem detekcji wiązki światła odbitego.

Korzystnie stosuje się co najmniej dwie wiązki światła o pierwszej długości fali w pierwszym przedziale czasowym oraz o drugiej długości fali w drugim przedziale czasowym. Pierwszy i drugi przedział czasowy są przedziałami zachodzącymi na siebie, ewentualnie są przedziałami niezachodzącymi na siebie.

Podczas procesu analizowania parametru sygnału elektrycznego odpowiadającego współczynnikom odbicia inicjuje się określone czynności wobec badanej powierzchni terenu, zwłaszcza doprowadza się herbicyd do określonego terenu, na którym znajduje się roślina. Podczas czynności podjętych względem występujących roślin doprowadza się co najmniej jedną porcję herbicydu na co najmniej jedną roślinę odmienną od wybranego typu.

Układ według wynalazku, do rozróżniania obiektów, zwłaszcza wyznaczania położenia roślin, z zastosowaniem wiązek światła padającego i odbitego od rozróżnianych obiektów, jest zaopatrzony w detektory światła odbitego połączone ze sterującą jednostką centralną, która połączona jest z zespołem oddziaływania na rozróżniane obiekty. Układ tego rodzaju charakteryzuje się tym, że jest zaopatrzony w co najmniej dwa źródła światła monochromatycznego połączone z obiektywem do ogniskowania wiązek światła padającego na określoną powierzchnię terenu, które to wiązki światła mają różne długości fali. Detektor wiązki światła odbitego od powierzchni terenu jest połączony z zespołem przetwarzania sygnałów dla analizy parametru sygnału odpowiadającego współczynnikowi odbicia fal o różnych długościach zawartych w tej wiązce i rozróżnienia rośliny od gleby, który poprzez sterownik jest połączony z zespołem oddziaływania na rośliny odmienne od określonego typu roślin. Ponadto, źródła światła monochromatycznego oraz detektor światła odbitego, są usytuowane na zespołe przesuwnym względem terenu, dla poprzecznego analizowania powierzchni terenu.

Korzystnym jest, że źródła światła są diodami elektroluminescencyjnymi, laserami, ewentualnie chromatycznymi źródłami światła z filtrami. Chromatyczne źródła światła, są korzystnie żarowymi źródłami światła z filtrami, ewentualnie fluorescencyjnymi źródłami światła z filtrami. Korzystnym jest, że źródła światła są modulowanymi źródłami światła.

W korzystnym rozwiązaniu układu, przed detektorem światła odbitego jest usytuowana płytka szczelinowa, ze szczeliną dla ograniczenia pola przekroju wiązki światła odbitego od określonej powierzchni terenu. Przed płytką szczelinową jest usytuowany obiektyw detektora dla ogniskowania wiązki światła odbitego przechodzącego przez szczelinę do detektora.

Do wyjścia detektora światła odbitego są dołączone obwody wzmacniania połączone szeregowo z obwodem próbkująco-pamiętającym, którego wyjście jest połączone ze sterownikiem, dla porównania pierwszego współczynnika odbicia w pierwszym określonym przedziale czasu z drugim współczynnikiem odbicia w drugim określonym przedziale czasu.

Zespół oddziaływania na rośliny jest połączony z wyjściem sterującym sterownika poprzez jednostkę uruchamiającą aktywowaną po wykryciu rośliny odmiennej od wybranego typu. Zespół oddziaływania na rośliny zawiera zawór elektromagnetyczny połączony z dopływem herbicydu zakończonym dyszą rozpylającą.

W korzystnym rozwiązaniu układu, z wyjściem sterującym sterownika, poprzez jednostkę uruchamiającą, połączony jest elektromagnetycznie sterowany pielnik. Do sterownika jest dołączony wskaźnik prędkości przesuwu, dla synchronizacji jednostki uruchamiającej.

Korzystnym jest, że źródła światła są zaopatrzone w środki przesuwu fazy emitowanych wiązek światła względem siebie. Korzystnie, źródła światła są wieloodcieniowo modulowanymi źródłami światła. Źródła przesuniętych względem siebie w fazie wiązek światła są względem siebie przesunięte, a źródła światła są połączone z obwodami zespołu analizy dla synchronizacji.

W odmiennym rozwiązaniu układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że jest zaopatrzony w zespół co najmniej dwóch monochromatycznych źródeł światła o pierwszej długości fali w pierwszym przedziale czasowym oraz o drugiej długości fali w drugim przedziale czasowym, połączony z zespołem obiektywu do ogniskowania wiązek światła o

173 490 pierwszej i drugiej długości fali, padającego na powierzchnię nieruchomego terenu o własnościach wyznaczonych na podstawie promieniowania o pierwszej i drugiej długości fali odbitego od tej powierzchni. Zespół do odbioru części promieniowania, o pierwszej i drugiej określonej długości fali, odbitego od wspomnianej powierzchni terenu jest połączony z zespołem przetwarzania sygnałów reprezentujących odbite części promieniowania, który poprzez sterownik jest połączony z zespołem doprowadzania herbicydu do wybranego obszaru terenu. Ponadto, zespół do wytwarzania promieniowania oraz zespół do kierowania promieniowania są ruchome względem powierzchni terenu.

Korzystnym jest, że zespół do wytwarzania promieniowania zawiera diody elektroluminescencyjne. Zespół do odbioru promieniowania jest zaopatrzony w szczelinę, której długość jest znacznie większa od jej szerokości, a dłuższy bok szczeliny jest prostopadły do kierunku przesuwu zespołu do generowania promieniowania i zespołu do kierowania promieniowania.

Zespół do odbioru odbitej części promieniowania zawiera zespół detektorów promieniowania.

Do sterownika dołączony jest wskaźnik prędkości przesuwu zespołów wytwarzania i kierowania promieniowania względem powierzchni terenu.

W drugim odmiennym rozwiązaniu, układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że jest zaopatrzony w pierwsze źródło światła monochromatycznego o pierwszej długości fali modulowanego pierwszym sygnałem modulacyjnym o określonej częstotliwości, a skierowanego na określony nieruchomy obszar powierzchni terenu oraz drugie źródło światła monochromatycznego o drugiej długości fali modulowanego drugim sygnałem modulującym o określonej częstotliwości, a skierowanego na określony nieruchomy obszar powierzchni terenu. Detektor światła do wykrywania części światła o pierwszej długości fali i części światła o drugiej długości fali, odbitego od określonego obszaru powierzchni terenu, swym wyjściem jest dołączony do obwodu filtru eliminacji sygnałów powstałych w wyniku działania światła słonecznego, które ma częstotliwość mniejszą niż częstotliwości pierwszego i drugiego zmodulowanego sygnału. Wyjście obwodu filtru jest dołączone do zespołu przetwarzania sygnałów, dla analizy wyjściowego sygnału detektora. Ponadto, pierwsze i drugie monochromatyczne źródło światła, detektor światła, obwód filtru oraz zespół przetwarzania sygnałów, są ruchome względem powierzchni terenu.

Korzystnym jest, że pierwsze monochromatyczne źródło światła zawiera pierwszą diodę elektroluminescencyjną, a drugie monochromatyczne źródło światła zawiera drugą diodę elektroluminescencyjną. Obwód filtru zawiera kondensator połączony równolegle z cewką. Ponadto, obwód filtru jest połączony przez obwody wzmacniające z detektorem fazy, którego drugie wejście jest połączone z pierwszym i drugim modulowanym monochromatycznym źródłem światła, dla odbioru jednego z sygnałów modulujących źródła światła.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia sposób i urządzenie do rozróżniania różnych typów roślin, umożliwiające ich identyfikację i przez to selektywną eliminację lub obróbkę pojedynczych roślin. Rozwiązanie tego typu znacznie zmniejsza zużycie herbicydów, poprzez precyzyjne namierzenie pojedynczych roślin przeznaczonych do eliminacji. Ponadto może pracować w różnych warunkach, włączając w to zachmurzenie, pełne nasłonecznienie, sztuczne oświetlenie lub nawet całkowitą ciemność. W praktyce, aplikowanie herbicydów w nocy, posiada pewne znaczące zalety. Niższe temperatury umożliwiają dłuższą i bardziej wydają pracę w krytycznych okresach w czasie wzrostu roślin uprawowych. Ponadto nieobecność słońca przedłuża efektywność pewnych herbicydów. Większa względna wilgotność w nocy pomaga nawilżeniu liści, co zwiększa efektywność stosowania herbicydów. Brak wiatru często występujący po zachodzie słońca eliminuje niekontrolowane rozprzestrzenianie się preparatu. Przez to znacznie zwiększa się wydajność w stosowaniu herbicydów do zwalczania chwastów.

Koszty robocizny i wyposażenia zależą od prędkości, z jaką pojazd spryskujący przesuwa się przez pole, sad lub winnicę. Wykorzystując tradycyjną metodę spryskiwania, prędkość pojazdu spryskującego może być ograniczana przez turbulencje powietrza, powstające w wyniku ruchu aparatury i związane z tym rozpylanie na nadmiernym obszarze.

173 490

W urządzeniu do odchwaszczania według wynalazku, wykorzystuje się dyszę rozpylającą skierowaną na roślinę, która jest spryskiwana wąskim i intensywnym strumieniem. Taki stożek rozpylania znacznie eliminuje rozpylanie na nadmiernym obszarze i umożliwia znacznie większą prędkość pojazdu.

Rozwiązanie według wynalazku przybliża farmerów do celu, którym jest nieprzeoczenie żadnego chwastu, nieprzedawkowanie środków chwastobójczych przy żadnym z chwastów oraz małe lub żadne odkładanie się herbicydów w glebie. Połączone korzyści obejmują obniżenie kosztów dzięki zmniejszeniu ilości stosowanych herbicydów, zmniejszony koszt obsługi, zmniejszony koszt pracy wyposażenia, ulepszoną kontrolę zachwaszczenia oraz znaczne zmniejszenie narażenia plonów jak i pracowników na działanie herbicydów.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres reprezentujący krzywe odbijania promieni świetlnych od roślin i gleby, dla różnych długości fal, fig. 2 - schemat pierwszego wariantu układu do odchwaszczania, fig. 3 - wpływ płytki szczelinowej na wykrywanie chwastu, fig. 4 - wykresy przebiegu fal świetlnych dla dwóch różnych długości fali przed i po odbiciu od powierzchni terenu, fig. 5 - drugi wariant układu do odchwaszczania według wynalazku, fig. 6A i 6B przedstawiają typowe odstępy wymagane w grządkowej uprawie roślin, a fig. 7 przedstawia trzeci wariant układu od odchwaszczania według wynalazku.

Promieniowanie jest odbijane lub odwrotnie, absorbowane przez powierzchnie, w zależności od własności tych powierzchni. W przypadku roślin, promieniowanie o długości fali od 380 do 700 nanometrów, jest silnie absorbowane przez chlorofil w roślinach, podczas gdy fale o długości bliskiej podczerwieni, tzn. 700 do 1000 nanometrów, są silnie odbijane. Inne substancje, takie jak gleba, absorbują znacznie więcej promieniowania dla wielu z tych długości fali. Na fig. 1 przedstawiono wykres, na którym na osi poziomej odłożone są długości fali od 400 do około 1000 nanometrów, a na osi pionowej odłożony jest procentowo określony współczynnik odbicia. Z wykresów na fig. 1 wynika, że np. dla długości fali 750 nanometrów typowa roślina, reprezentowana przez krzywą 100 jest łatwa do odróżnienia od gleby reprezentowanej przez krzywą 101, ponieważ roślina odbija większy procent światła niż gleba. Należy zauważyć, że współczynnik odbicia dla rośliny posiada swe minimum dla długości fali około 670 nanometrów, i jest on wówczas mniejszy niż współczynnik odbicia dla gleby. W układzie według wynalazku, dla uzyskania światła odbitego, zamiast światła słonecznego, lub sztucznego źródła światła białego, zastosowany jest zespół monochromatycznych źródeł światła. Optymalne źródło światła dla odróżniania rośliny od gleby, jak pokazano na fig. 1, posiada długość fali około 670 nanometrów, co odpowiada górnemu obszarowi czerwieni, i długość fali 720 do 750 nanometrów, co odpowiada okolicy podczerwieni.

Na figurze 2 przedstawiono pierwszy wariant układu według wynalazku, który może być zastosowany jako inteligentne urządzenie do odchwaszczania. W tym wariancie układu, zastosowane są dwa monochromatyczne źródła światła 201 i 202. Pierwsze monochromatyczne źródło światła 201 emituje wiązkę światła 203 o długości fali 750 nanometrów’, podczas gdy drugie monochromatyczne źródło światła 202 emituje wiązkę światła 204 o długości fali 670 nanometrów. Źródła światła 201 i 202 są typowymi dostępnymi w handlu diodami elektroluminescencyjnymi LED, utworzonymi z arsenku gallu, fosforku arsenkowo gallowego lub arsenku gallowo glinowego, które zapewniają dużą stabilność i mały koszt monochromatycznych źródeł światła. Innymi źródłami światła są korzystnie lasery lub szerokopasmowe źródła światła z filtrami.

Jeśli diody 201 i 202, stanowiące źródła światła, są włączane jedynie prądem stałym i kierowane na określoną powierzchnię terenu 206, odbicia promieni słonecznych od obszaru powierzchni terenu 206 mogą znacznie pogorszyć lub wręcz uniemożliwić pracę układu. Stąd, zgodnie z wynalazkiem, prąd diod 201 i 202 jest selektywnie modulowany. W korzystnym rozwiązaniu modulacja polega na tym, że diody 201 i 202 są sterowane prądem o największej możliwej częstotliwości w ramach wymuszonego pasma, pozostając przy tym kompatybilnymi z innymi elementami układu. W przedstawionym przykładzie diody 201 i 202 są modulowane z częstotliwością 455 kHz. Należy zauważyć, że przy

173 490 wzroście częstotliwości możliwe jest dostarczenie użytkownikowi większej porcji informacji w określonym cyklu czasowym, zapewniając przez to bardziej czułe pomiary.

Wiązki światła 203 i 204 emitowane, odpowiednio, z diod 201 i 202, są ogniskowane przez obiektyw emitera 205 na określonej powierzchni terenu 206, która może zawierać roślinę, glebę, lub zarówno glebę jak i roślinę. Wiązki światła 207, odbite od powierzchni terenu 206, są wykryw ane przez fotodetektor 2l0 po przejściu przez szczelinę 209A w płytce szczelinowej 209. Światło wykryte przez fotodetektor 210 zawiera różne stosunki zawartości fal o różnych długościach monochromatycznego światła, w zależności od tego, czy wiązki światła 203 i 204 zostały odbite przez roślinę, czy przez glebę.

Stwierdzono, że całkowite światło odbite od powierzchni, takiej jak liść rośliny, jest proporcjonalne do całego obszaru odbicia. Na przykład, odnosząc się do fig. 3, jeśli średnica d chwastu 300 wynosi 0,635 cm (1/4 cala, a więc ma powierzchnię π/64 cal²), a średnica D całego obszaru odbicia 302 wynosi 2,54 cm (1 cal, a więc powierzchnia wynosi π!4 cal²), chwast stanowi 1/16 całego obszaru odbijającego i przez to wynosi jedynie 1/16 do całości odbitego światła. Jednakże, jeśli światło odbite od chwastu o tej samej wielkości jest ograniczone przez szczelinę 301, która ma długość jednego 2,54 cm (1 cal), lecz szerokość jedynie 0,635 cm (1/4 cala), wówczas światło odbite od chwastu stanowi 1/4 nowego całkowitego obszaru, tzn. obszaru szczeliny 301. Stąd, w tym przykładzie, siła sygnału odbitego światła wzrasta czterokrotnie. Wynika stąd, że wprowadzając szczelinową płytkę 209, która zawiera szczelinę 209A posiadającą długość, która jest znacznie większa od szerokości szczeliny, rozwiązanie według wynalazku zastępuje tradycyjną funkcję kwadratową obszaru, tzn. D²/^, funkcją liniową, tzn. D/d.

Dla zapewnienia właściwego układu pomiędzy obiektywem detektora 208, szczeliną 209A płytki szczelinowej 209 i fotodetektorem 210, jeden z przykładów według wynalazku zaopatrzony jest w szczelinę 209A, która jest znacznie mniejsza niż obiektyw detektora 208. Ponadto, ten przykład wykonania wynalazku dostarcza obraz odbitych wiązek 207 przez obiektyw detektora 208, który jest znacznie mniejszy niż rozmiar fotodetektora 210. W ten sposób, żadne przesunięcie pomiędzy tymi trzema elementami nie jest krytyczne tak długo, jak pozostaje w określonych granicach ustalonych przez rozmiar szczeliny 209A, rozmiar fotodetektora 210 i odległość fotodetektora 210 od szczeliny 209A, oraz inne parametry. Stwierdzono, że wzrastający rozmiar fotodetektora 210 wytwarza niepożądany wzrost jego pojemności. Stąd, zgodnie z wynalazkiem, fotodetektor 210 jest jedynie nieznacznie większy niż szczelina 209A, dla zminimalizowania jego pojemności. Jednakże, ta pojemność jest buforowana przez układ wzmacniacza kaskadowego zapewniając tę samą szerokość pasma jak dla mniejszych fotodetektorów 210, posiadających mniejszą pojemność.

Fotodetektor 210 przetwarza energię świetlną wiązek 207 odbitego światła na niskopoziomowe sygnały elektryczne, odpowiadające oznaczeniu koloru długości fali odbitej od obiektu (obiektów) w polu widzenia. Na przykład, na fig. 4 zilustrowano obwiednie kształtu fal 400, które posiadają długość rzędu 750 nanometrów oraz obwiednie kształtu fal o długości 670 nanometrów. Diody 201 i 202 (fig. 2) są modulowane sygnałem o takim samym okresie powtarzania impulsów, przez co tworzą się identyczne obwiednie fal.

Jednakże, jak okazano na fig. 4, modulacja jednej diody, dostarczającej obwiednie fal 400, jest w przybliżeniu o 30 - 45° niezgodna w fazie z modulacją drugiej diody, dostarczającej obwiednie fal 401. Po odbiciu wiązek światła 203 i 204 od powierzchni terenu 206, fotodetektor 210 dostarcza prąd, przy czym faza prądu jest funkcją zależną od ilości światła związanej z każdą z długości fali. Na przykład, kształt fali 400A reprezentuje prąd dostarczony przez fotodetektor po wykryciu obwiedni fal 400. Analogicznie, kształt fali 401A reprezentuje prąd dostarczany przez fotodetektor 210 po wykryciu obwiedni fal 401. Należy zauważyć, że fala 401A jest przesunięta w fazie o około 90° względem fali 400A. To przesunięcie fazowe spowodowane jest większą pojemnością drugiej diody 202, która dostarcza obwiednię fal 401, podczas gdy pojemność pierwszej diody 201 zapewnia obwiednię fal 400, powodując opóźnienie w fotoemisji, tzn. opóźnienie prądu emitera względem bieżąco emitowanego światła. Fotodetektor 210 sumuje fale 400A i 401A i dostarcza falę 402, która jest przesunięta

173 490 w fazie o okóło 45°. Stąd, przesunięcie fazy fali 402 jest funkcją względnych faz fal 400A i 401A, lecz również różnicy opóźnień wnoszonych przez różne emitery. Po odbiciu wiązek światła 203 i 204 od powierzchni terenu 206, wynikowe zsumowane fale 402 wahają się co do amplitudy, czego nie pokazano na fig. 4, zależącej od tego czy długość fali 750 nm, czy 670 nm, jest absorbowana, czy odbijana. Ta różnica amplitud jest kolejnym źródłem przesunięcia fazy w prądzie detektora 402. To zmienne przesunięcie fazy niesie ze sobą żądaną informację o widmowym współczynniku odbicia.

Obwód strojony 213 zawierający cewkę 211 i kondensator 212, włączony szeregowo z fotodetektorem 210, pracuje w rezonansie dzięki pobudzeniom z fotodetektora 210. Wyjściowy kształt fali z obwodu strojonego 213 jest przez to zasadniczo sinusoidalny. Strojony obwód 213 odrzuca wszystko, co nie ma postaci sinusoidalnej i nie ma wybranej częstotliwości, tzn. niepożądane harmoniczne. Zaakceptowana fala sinusoidalna jest następnie doprowadzana do zespołu obwodów 214, który zazwyczaj zawiera wzmacniacze 215A i 215B, oraz obwód strojony 215.

Zespół obwodów wzmacniania 214 zapewnia bardzo duże wzmocnienie modulowanych sygnałów dostarczonych przez wiązki odbitego światła 207. Jednocześnie, cewka 211 w obwodzie strojonym odprowadza niepożądaną składową stałą sygnału wyjściowego fotodetektora 210, wynikającą z działania słońca, bezpośrednio do ziemi. Korzystnie, stosuje się automatyczną regulację częstotliwości, czego nie przedstawiono, dla zapewnienia, by strojony obwód 215 odrzucałjak największą część sygnału spoza pasma, minimalizując przez to wpływ światła słonecznego odbitego od powierzchni terenu 206, na zmodulowaną wiązkę światła 207 odbitą od tej samej powierzchni. Ponadto, zastosowany jest obwód automatycznej regulacji wzmocnienia 230, dla zapewnienia jak najszerszego dynamicznego zakresu dla wzmacniaczy 215A i 215B. Zespół 215B obwodu wzmacniaczy obcina wzmocnioną falę sinusoidalną dla dostarczenia określonego prostokątnego przebiegu doprowadzonego do detektora fazy 217. Detektor fazy 217 odbiera prostokątny sygnał z obwodu 214 i mnoży ten sygnał z sygnałem z diody 201. Tak więc, detektor fazy 217 wyznacza przesunięcie fazowe wyjściowej fali obwodu 214 względem pierwotnej fazy sygnału z diody 201.

Dla poszerzenia zdolności układu do szybszego przetwarzania informacji, obwód próbkująco-pamiętający 218 jest sprzężony z detektorem fazy 217. Sygnał wyjściowy obwodu próbkująco-pamiętającego 218 jest doprowadzony do ujemnego wejścia komparatora 219. Wejściowy sygnał obwodu próbkująco-pamiętający 218 jest doprowadzony do ujemnego wejścia przetwornika 220 i do konwertera analogowo-cyfrowego 223. Komparator 219 realizuje porównywanie chwilowej wartości pobranej z obwodu próbkująco-pamiętającego 218 z poprzednią próbką z tego obwodu, i przez to dostarcza wskazanie o wykryciu chwilowej zmiany w analogowym sygnale wykrywanym przez fotodetektor 210, zmianę dodatnią lub ujemną. Sygnał wyjściowy komparatora 219, doprowadzony jest do sterownika 221, wskazuje więc kierunek zmiany poszczególnych oznaczeń koloru w widmie fali świetlnej. Stąd, komparator 219 dostarcza do sterownika 221 informację, która umożliwia temu sterownikowi wyznaczyć kierunek i przesunięcie fazy zsumowanego odbitego promieniowania względem początkowych zmodulowanych wiązek 203 i 204.

Komparator stosunku 220 porównuje sygnał wyjściowy z przetwornika cyfrowo-analogowego 222 z chwilową wartością sygnału wyjściowego detektora fazy 217. Progowe napięcie odniesienia jest ustawiane ręcznie dla różnych typów podłoża mineralnego gleby i częściowo rozłożonej materii organicznej. W innym korzystnym przykładzie, progowe napięcie odniesienia jest ustawiane automatycznie poprzez odpowiednie oprogramowanie sterownika 221 i przetwornika cyfrowo-analogowego 222. W ten sposób, sterownik 221 zapewnia stałą analizę materiału podłoża, dostarczaną do komparatora stosunku 220 przez przetwornik cyfrowo-analogowy 222. Komparator stosunku 220 posiada binarne wyjście, ustawiające się w zależności od tego, czy stosunek długości wykrytej fali w polu widzenia przekracza wartość odniesienia dla podłoża. Zgodnie z wynalazkiem, sterownik 221 analizuje sygnały dostarczane przez komparatory 219 i 220, i wyznacza, czy wykryto chwast w określonym obszarze powierzchni terenu 206. Chociaż przedstawiono jedynie pojedynczy

173 490 fotodetektor 210, układ 200 w korzystnym przykładzie wykonania wyposażony jest w zespół fotodetektorów 210 i odpowiednie układy obwodów przetwarzających sygnały.

Jeśli został wykryty chwast, sterownik 221 uruchamia urządzenie eliminujące ten chwast. Sterownik 221 dostarcza sygnał sterujący, (zazwyczaj poziom wysoki dla tranzystora 228, jak pokazano na fig. 2), do bazy tranzystora bipolarnego NPN 228, jeśli chwast został wykryty. Włączający się tranzystor 228 otwiera następnie zawór elektromagnetyczny 227, który uwalnia strumień herbicydu 226 przez dyszę 229.

Dla zmniejszenia interferencji z fotodetekcją rośliny, herbicyd 226 nie jest rozpylany w tym samym czasie, gdy fotodetektor 210 odbiera odbite wiązki światła 207 z powierzchni terenu 206. Dzięki temu, dysza rozpylająca 229 jest umieszczona poza powierzchnią terenu 206, względem ruchu pojazdu, tzn. poza polem widzenia fotodetektora 210.

Dla prawidłowego skierowania strumienia herbicydu 226 na powierzchnię terenu 206, sterownik 221 opóźnia sygnał doprowadzany do tranzystora 228 względem prędkości V pojazdu, którą dostarcza wskaźnik prędkości 224, oraz długości przesunięcia X strumienia względem chwastu w czasie, gdy chwast jest wykrywany. Czas opóźnienia T wynosi zaledwie T=X/V, gdzie X równa się odległości w metrach, V równa się prędkości w metrach na sekundę, a czas wyraża się w sekundach. Różne typy wskaźników prędkości pojazdu są dopuszczalne, włączając w to radarowe wskaźniki wykorzystujące efekt Dopplera. W rozwiązaniu według wynalazku możliwe prędkości pojazdu są większe niż 16 km na godzinę, ponieważ układ zapewnia szeroki margines mocy obliczeniowej, z możliwością traktowania sterownika układami megahercowymi.

Oprogramowanie operacyjne sterownika 221 jest przechowywane w stałej pamięci. To oprogramowanie może być szybko i łatwo parametryzowane dla różnych typów upraw i różnych typów zachwaszczenia. Na przykład, jeśli fotodetektor 210 wykrył chwast w trzech kolejnych momentach czasu, a sąsiednie fotodetektory dostrzegły ten sam chwast w dwóch z tych trzech momentów, wówczas zawory elektromagnetyczne po każdej stronie zaworu 227 (który jest odpowiednio przełączany) zostaną włączone dla spodziewanego dużego zagęszczenia chwastów.

W korzystnym przykładzie według wynalazku, dysze 229 są kierowane w stronę ziemi. Każda dysza 229, skierowana na powierzchnię 206, jest połączona z odpowiednim fotodetektorem 210. Sterownik 221 kontroluje każdy zawór 227 poprzez sygnały dostarczane do bazy każdego tranzystora 228. Tranzystor 228 jest tak sterowany, by zoptymalizować prędkość przełączania zaworu elektromagnetycznego 227. Ten zawór elektromagnetyczny 227 zazwyczaj zamyka się i otwiera w czasie 5-10 ms. Dysze 229 emitują krótkie wiązki herbicydu bezpośrednio na korpus rośliny, dzięki czemu unika się rozpylania na sąsiednim obszarze. W zastosowaniu wynalazku, detektor światła może być wykorzystany do detekcji chwastów oddalonych o pewną odległość od zaworu, przez który ma być wstrzyknięty herbicyd. To zastosowanie jest szczególnie użyteczne w niszczeniu chwastów wzdłuż autostrad. Jednym z problemów kontroli zachwaszczenia wzdłuż dróg jezdnych jest to, że pojazd zawierający herbicydy musi pozostawać na drodze, podczas gdy chwasty rosną na bokach lub poza drogą. Zgodnie z wynalazkiem, detektor światła wykrywa chwasty w określonym położeniu poza drogą. Dysza, przez którą herbicyd jest wstrzykiwany, jest wówczas ustawiona pod odpowiednim kątem tak, by wypuszczane porcje herbicydu były wcelowane na obszar z chwastami. Herbicyd jest więc wstrzykiwany pod wybranym kątem i przez wybrany okres czasu dla zapewnienia, że obszar ziemi, na którym rośnie chwast, zostanie pokryty herbicydem, podczas gdy sąsiadujące z nim obszary nie zostaną najprawdopodobniej pokryte herbicydem. Wyliczenie kąta i ciśnienia wymaganego do wstrzyknięcia herbicydu do odpowiedniego obszaru poza drogą zostaje wykonane przy wykorzystaniu znanych równań przepływów cieczy i równań dynamiki.

Kierowanie cieczy herbicydowej na cele umieszczone w dużej odległości (ponad 1 metr) wymaga zwartego strumienia herbicydu, posiadającego wystarczającą masę. Jeśli zwarty strumień herbicydu jest włączony i jest w stanie ciągłego działania w czasie, gdy chwasty są obecne w optycznym polu widzenia, rozpylana jest większa ilość herbicydu niż jest to konieczne.

173 490

Dla zmniejszenia ilości herbicydu przy utrzymywaniu tej samej trajektorii, strumień posiada pulsową modulację szerokości. Taki cykl modulacji staje się odpowiednikiem ustawiania parametrów przepływu bez zmiany ciśnienia i wymiarów dyszy.

Układ 200 jest korzystnie stosowany jako układ do odchwaszczania poruszający się z większą prędkością przez rzędy roślin, w porównaniu ze znanymi urządzeniami do odchwaszczania. Koszt obsługi i wyposażenia zasadniczo zależy od prędkości z jaką ta aparatura może się poruszać przez na przykład sad czy winnicę. Wykorzystując tradycyjne metody odchwaszczania, prędkość z jaką może poruszać się pojazd jest ograniczona przez turbulencje powietrza wynikające z ruchu sprzętu i związanego z tym rozpylania na zbyt dużym obszarze. Dysza rozpylająca 229 kieruje bardzo wąski zwarty stożkowy strumień. Układ według wynalazku wydatnie eliminuje rozpylanie na zbyt dużym obszarze i umożliwia znacznie większe prędkości pojazdu.

W drugim przykładzie według wynalazku przedstawionym na fig. 5, wiązki światła 203 i 204 są izolowane od światła słonecznego. Mówiąc szczegółowo, stanowiące źródła światła monochromatycznego, diody 201 i 202 są kolejno włączane i wyłączane z wysoką częstotliwością, na przykład 1 MHz. Wzmacniacz 501 przechowuje napięcie wytworzone przez fotodetektor 210 i dostarcza wzmocnione napięcie do obwodów pamiętająco-próbkujących 502. Układy pamiętająco-próbkujące 502 są bramkowane tym samym sygnałem zegarowym, który steruje diody 201 i 202. W ten sposób, jeden obwód pamiętająco-próbkujący jest włączany w tym samym czasie co pierwsza dioda 201, drugi obwód pamiętająco próbkujący jest włączany, gdy nie włączona jest ani pierwsza ani druga dioda 201,202. Stąd, jeden obwód pamiętająco-próbkujący dostarcza sygnał wyjściowy odpowiadający światłu o długości fali 670 nm plus światło słońca, drugi obwód pamiętająco-próbkujący reprezentuje światło o długości fali 750 nm plus światło słońca, a ostatni układ próbkująco-pamiętający reprezentuje jedynie światło słońca.

Wzmacniacze 503 podejmują sygnały generowane przez słońce, przekazując na wyjście jedynie sygnały reprezentujące światło o długości fali 670 i 750 nm. Wzmacniacz 504 sumuje sygnały wyściowe ze wzmacniaczy 503. Sygnały wyściowe są również przesyłane do przetwornika analogowo-cyfrowego 510 przez bramki analogowe 508. Przetwornik analogowo-cyfrowy 510 jest połączony bezpośrednio ze sterownikiem 221. Sygnał wyściowy obwodu pamiętająco-próbkującego 505 jest doprowadzany do ujemnego wejścia komparatora 507. Komparator 506 dostarcza sygnał wyściowy wskazujący zmiany każdego z poszczególnych oznaczeń koloru w widmie światła (odpowiednik komparatora 219 z fig. 2). Komparator 506 doprowadza do sterownika 221 informację, która umożliwia sterownikowi 221 wyznaczenie wielkości i kierunku przesunięcia fazy zsumowanego odbitego promieniowania względem wiązki światła 203.

Komparator 507 porównuje sygnał wyściowy przetwornika cyfrowo-analogowego 509 z chwilową wartością sygnału wyjściowego wzmacniacza 504. Sygnał wyjściowy przetwornika cyfrowo-analogowego 509 (odpowiednik przetwornika cyfrowo-analogowego 222 z fig. 2) jest ustawiony dla kompensacji dla podłoża mineralnego gleby i częściowo rozłożonej materii organicznej. Stąd, sygnał wyjściowy komparatora 507 waha się w zależności od tego, czy stosunek zawartości wykrytych fal o różnych długościach przekracza wartość odniesienia dla podłoża. Sterownik 221 analizuje sygnały dostarczone przez komparatory 506 i 507 dla wyznaczenia, czy został wykryty chwast.

Należy zauważyć, że w innych korzystnych przykładach układu według wynalazku, zamiast herbicydów do usuwania chwastów lub niepożądanych roślin, może być zastosowane urządzenie mechaniczne, takie jak obrotowy pielnik. Na fig. 6A i 6B przedstawiono typowe odstępy pomiędzy grządkami upraw. Jak pokazano na fig. 6A, rośliny grządkowe 605 są typowo uprawiane w dwóch rzędach na szczytach grządek 604. Odstępy 600 pomiędzy tymi dwoma rzędami wynoszą w przybliżeniu 15-30 cm, podczas gdy odstępy pomiędży środkowymi punktami grządek 604 wynoszą w przybliżeniu 60-70 cm. Opony 603, np. nie przedstawionego traktora, obejmują dwie grządki 604 i są oddalone od siebie o odległość 608, w przybliżeniu 120-250 cm. Rzędy 606, pokazane na fig. 6B, są gęsto porośnięte roślinami dla zapewnienia maksymalnej produkcji. Jednakże, szczególnie

173 490 w czasie optymalnych warunków wzrostu, zbyt wiele roślin rośnie w zbyt bliskiej odległości między sobą w rzędzie, wówczas musi nastąpić pielenie dla zapewnienia odpowiednich warunków rozwoju dla każdej rośliny. W szczególności, rośliny 607 muszą być usunięte dla zapewnienia odległości 602 około 15-30 cm pomiędzy roślinami 605, które są przeznaczone do pozostawienia. Stąd, układ do odchwaszczania pokazany na fig. 2 albo na fig. 5 wyposażony jest w sterowany elektromagnetycznie pielnik zamiast elektromagnetycznego zaworu i zapewnia wycinanie, oprócz możliwości odchwaszczania.

W następnym przykładzie według wynalazku pokazanym na fig. 7, inteligentny układ od odchwaszczania 700 odróżnia różne własności chwastów i roślin uprawnych na bazie widmowego współczynnika odbicia, a więc rozmiaru, kształtu i położenia rośliny. Układ do odchwaszczania 700 wykorzystuje zespół monochromatycznych źródeł światła 701-1, 701-2, 701-3, 701-N, gdzie N jest całkowitą liczbą źródeł światła, przy czym każde źródło światła ma inną długość fali. W tym wariancie, mikrosterownik 221, poza funkcjami opisanymi w odniesieniu do fig. 2 i 5, analizuje następujące parametry: rozmiar poszczególnych liści, kształt poszczególnych liści, położenie rośliny względem zaprojektowanego rzędu i odstępy w rzędach.

Różne długości fali źródeł światła 701-1 - 701-N są modulowane wieloodcieniowo, przy czym każda długość fali odpowiada poszczególnej częstotliwości modulacji. Wiązki świ^rtła 702 są odbijane od powierzchni 206 w polu widzenia fotodetektora 210 w sposób opisany w odniesieniu do fig. 2. Strojony obwód 713, składający się z cewki 711 i kondensatora 712, ma zasadniczo szersze pasmo niż strojony obwód 213 z fig. 2, dla zaakceptowania szerokiego zakresu modulowanych częstotliwości. Wzmacniacz 703 zapewnia odpowiednie wzmocnienie i impedancję, filtry 704 są filtrami wąskopasmowymi, a każdy filtr jest dostrojony do odpowiedniej częstotliwości modulacji. Detektory 705 przetwarzają wyjściowe sygnały filtrów 704 na sygnały stałe, proporcjonalne do zawartości różnych długości fal w wiązkach odbitego światła 207. Analogowe bramki transmisyjne 707 w sposób multipleksowany przekazują poziomy napięcia do przetwornika analogowo-cyfrowego 223 o dużej prędkości. Przetwornik 223 wysterowuje następnie sterownik 221, który aktywuje przekaźnik 228 i elektromagnetycznie sterowany pielnik 708.

W nie przedstawionym na rysunku układzie według wynalazku, urządzenie do odchwaszczania takie jak pokazano na fig. 2,5 lub 7, może być przenoszone przez jedną osobę, albo w postaci ręcznego urządzenia, albo w postaci lekkiego sprzętu. W tym wariancie optyczny system, np. diody 201, 202, obiektyw emitera 205, obiektyw detektora 208, płytka szczelinowa 209 i fotodetektor 210 z fig. 2, są połączone z prętem rozpylającym przez kabel światłowodowy. Pręt zawiera również przyspieszeniomierz do wyznaczania prędkości i kierunku przesuwu pręta.

Układ do odchwaszczania według wynalazku dostarcza znacznie bardziej wydajny sposób eliminacji chwastów spośród roślin uprawnych. Na przykład, w typowym sadzie mają miejsce zasadniczo trzy operacje związane z kontrolą zachwaszczenia, niektóre z operacji są wykonywane dwa lub więcej razy w roku w zależności od uprawy i rejonu geograficznego. W czasie pierwszej operacji wczesną wiosną, mając od 90 do 152 cm szerokości rząd jest spryskiwany grubą warstwą herbicydu przedwschodowego. Współczynnik mieszania jest wysoki i pokrycie jest szczególnie duże, gdyż niewykorzystanie okazji do całkowitego unicestwienia chwastów w tym momencie oznacza zwiększone nakłady w czasie gdy chwasty dojrzeją. Dodatkowo, mieszanina herbicydów zawiera często powschodowy herbicyd dla atakowania jednorocznych chwastów, które właśnie się pojawiły i wielosezonowych chwastów, które pozostały z poprzedniego sezonu. Do operacji potrzebnyjest kierowca, rozpylacz zamontowany na traktorze, oraz duża ilość bardzo drogiego herbicydu. W czasie drugiej operacji, w miesiącach letnich , obszary pomiędzy spryskiwanymi rzędami, które mają typowo szerokość 4,5-5,2 metra są koszone lub orane. Do tej operacji również potrzebny jest kierowca i najprawdopodobniej inny traktor niż ten, używany do spryskiwania. Typowo, ta operacja jest powtarzana od dwóch do czterech razy w czasie okresu wzrostu. W końcu, w trzeciej operacji, herbicyd powschodowy jest wstrzykiwany na chwasty, które uniknęły zimowego przedwschodowego niszczenia w spryskiwanych rzędach. Traktor przesuwa się

177 490 wzdłuż środkowego rowka, podczas gdy dwaj pracownicy spryskują chwasty w rzędach, jeden pracownik w każdym z dwóch rowków sąsiadujących ze środkowym rowkiem. Na traktorze zamontowany jest spryskiwacz, który spryskuje strumieniem herbicydu o dużej koncentracji przeznaczonym do wyniszczenia w pełni wyrośniętych zdrowych chwastów. Alternatywnie, przenośne ręczne spryskiwacze są przenoszone przez pracowników, a poszczególne chwasty są identyfikowane i niszczone. Tę operację również wykonuje się dwa lub trzy razy w roku.

Zgodnie z wynalazkiem, operacje spryskiwania i orania mogą być wykonywane jednocześnie. Wówczas, wystarczy jeden traktor na cały sezon, zamiast trzech. Inteligentny układ o odchwaszczania, w jednym z zastosowań, jest zamontowany z przodu traktora. Typowe obrotowe lub cepowe urządzenie jest wówczas zamontowane z tyłu traktora. W ten sposób, zimowa przedwschodowa obróbka może być wykonana z częścią herbicydów stosowanych w tradycyjnych metodach, lub w niektórych przypadkach całkowicie wyeliminowana, ponieważ układ do odchwaszczania selektywnie i precyzyjnie dawkuje stosowany herbicyd, i przez to jest o wiele bardziej efektywna później, w okresie wzrostu. Ponadto, jak to już wspomniano, cała operacja jest wykonywana przez jednego kierowcę i jeden traktor. Dwa różne typy spryskiwania mogą być ponadto wykonywane jednocześnie. W szczególności, przedwschodowy herbicyd skierowany na cały obszar ziemi, może być stosowany w tradycyjny sposób, podczas gdy powschodowy herbicyd, kierowany jedynie na wybrane rośliny, może być stosowany zgodnie z wynalazkiem.

Ponadto, układ od odchwaszczania według wynalazku może pracować w różnych warunkach, wliczając w to jasne światło słoneczne, wiatr, sztuczne oświetlenie lub całkowitą ciemność, umożliwiając przez to pracę przez całą dobę. Spryskując pola herbicydami nocą, uzyskuje się pewne korzyści związane z tym, że chłodniejsze warunki umożliwiają dłuższą i bardziej efektywną pracę w szczytowych okresach sezonu. W szczególności, większa względna wilgotność w nocy wspomaga nasiąkanie liści, przez co zwiększa efektywność materiału herbicydowego, a brak wiatru po zachodzie słońca zapobiega spryskiwaniu zbyt dużego obszaru. Przez to, poza znaczną redukcją kosztu herbicydów związanego z eliminowaniem chwastów, rozwiązanie według wynalazku, posiadając zdolność pracy w nocy, zapewnia dodatkowe korzyści.

Rozwiązanie według wynalazku minimalizuje, lub nawet eliminuje, użycie przedwschodowych herbicydów na korzyść tańszych i bardziej ekologicznych herbicydów powschodowych. Powschodowe herbicydy są stosowane do pojedynczych roślin i wnikają do roślin przez ich liście. Przedwschodowe herbicydy są wprowadzane do gleby i zapobiegają kiełkowaniu ziaren. Przedwschodowe herbicydy są tak zaprojektowane by wytrzymywać długi czas w glebie i są przez to zagrożeniem dla środowiska naturalnego. Ponadto, herbicydy przedwschodowe są zasadniczo droższe niż herbicydy powschodowe. Rozwiązanie według wynalazku zmniejsza koszty eliminacji chwastów i jednocześnie redukuje uciążliwość dla środowiska naturalnego.

Podsumowując, precyzja układu do odchwaszczania według wynalazku zapewnia, że żaden chwast nie zostanie przeoczony, że żaden chwast nie otrzyma większej ilości herbicydu niż jest to potrzebne, oraz że herbicydy nie będą wstrzykiwane do gleby. W rezultacie taki układ do odchwaszczania zmniejsza liczbę obsługujących pracowników, koszt pracy urządzenia, zmniejsza koszty herbicydów, znacznie ulepsza kontrolę zachwaszczenia, oraz istotnie redukuje narażenie pracowników i uprawianych roślin na działanie herbicydów.

Układ według wynalazku opisany w odniesieniu do spryskiwania herbicydami, może być zastosowany w połączeniu z nawozami sztucznymi, środkami grzybobójczymi i owadobójczymi. Termin światło nie ogranicza się jedynie do światła widzialnego, lecz dotyczy dowolnego promieniowania o odpowiedniej długości fali.

173 490

FIG. 1

FIG. 3

173 490

OD \

pQH

CM

O

LL

O r-* <o

173 490

FIG. 4

173 490

FIG. 6B

173 490

CHWAST

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób rozróżniania obiektów, zwłaszcza wyznaczania położenia roślin, w którym poddaje się detekcji wiązkę światła odbitego od badanej powierzchni terenu, w dwóch zakresach fal widma elektromagnetycznego, a otrzymany sygnał elektryczny analizuje się i przetwarza na sygnał sterujący zespołu oddziaływania na rozróżniane obiekty, znamienny tym, że ponad powierzchnią terenu przesuwa się co najmniej dwa monochromatyczne źródła światła, a ze źródeł światła doprowadza się wiązki światła o różnych długościach fali, które to wiązki światła ogniskuje się na badanej powierzchni, przy czym wiązki światła emitowane ze źródeł światła poddaje się modulacji, a po przeprowadzeniu detekcji wiązki światła odbitego od powierzchni terenu mierzy się i analizuje parametr sygnału elektrycznego odpowiadający współczynnikom odbicia fal o różnych długościach zawartych w tej wiązce światła odbitego, dla określenia rodzaju badanej powierzchni.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w czasie modulacji wiązek światła, fazę jednej z wiązek światła przesuwa się względem fazy drugiej wiązki światła.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako modulację wiązek światła stosuje się wieloodcieniową modulację koloru.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas modulacji synchronizuje się co najmniej dwa monochromatyczne źródła światła z procesem detekcji wiązki światła odbitego.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się co najmniej dwie wiązki światła o pierwszej długości fali w pierwszym przedziale czasowym oraz o drugiej długości fali w drugim przedziale czasowym.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że pierwszy i drugi przedział czasowy są przedziałami zachodzącymi na siebie.
7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że pierwszy i drugi przedział czasowy są przedziałami niezachodzącymi na siebie.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas procesu analizowania parametru sygnału elektrycznego odpowiadającego współczynnikom odbicia inicjuje się określone czynności wobec badanej powierzchni terenu, zwłaszcza doprowadza się herbicyd do określonego terenu, na którym znajduje się roślina.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że podczas czynności podjętych względem występujących roślin doprowadza się co najmniej jedną porcję herbicydu na co najmniej jedną roślinę odmienną od wybranego typu.
10. Układ do rozróżniania obiektów, zwłaszcza wyznaczania położenia roślin, z zastosowaniem wiązek światła padającego i odbitego od rozróżnianych obiektów, zaopatrzony w detektory światła odbitego połączone ze sterującą jednostką centralną, która jest połączona z zespołem oddziaływania na rozróżniane obiekty, znamienny tym, że jest zaopatrzony w co najmniej dwa źródła (201, 202; 701-1 /- 701-N) światła monochromatycznego połączone z obiektywem (205) do ogniskowania wiązek (203, 204) światła padającego na określoną powierzchnię terenu (206), które to wiązki światła (203, 204) mają różne długości fali, przy czym detektor (210) wiązki (207) światła odbitego od powierzchni terenu (206) jest połączony z zespołem przetwarzania sygnałów (214, 217, 218, 219, 220, 222, 223; 501 * 510) dla analizy parametru sygnału odpowiadającego współczynnikowi odbicia fal o różnych długościach zawartych w tej wiązce (207) i rozróżnienia rośliny od gleby, który poprzez sterownik (221) jest połączony z zespołem (226,227,229; 708) oddziaływania na rośliny odmienne od określonego typu roślin, a ponadto źródła (201, 202; 701-1-τ- 701-N) światła monochromatycznego oraz detektor (210) światła odbitego, są usytuowane na zespole przesuwnym względem terenu, dla poprzecznego analizowania powierzchni terenu.

173 490
11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że źródła światła (201, 202; 701-1 /701-N) są diodami elektroluminescencyjnymi.
12. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że źródła światła (201, 202; 701-1 /701-N) są laserami.
13. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że źródła światła (201, 202; 701-1 /701-N) są chromatycznymi źródłami światła z filtrami.
14. Układ według zastrz. 13, znamienny tym, że chromatyczne źródła światła są żarowymi źródłami światła z filtrami.
15. Układ według zastrz. 13, znamienny tym, że chromatyczne źródła światła są fluorescencyjnymi źródłami światła z filtrami.
16. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że źródła światła (201, 202; 701-1 /701-N) są modulowanymi źródłami światła.
17. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że przed detektorem (210) światła odbitegojest usytuowana płytka szczelinowa (209) ze szczeliną (209A) dla ograniczenia pola przekroju wiązki (207) światła odbitego od określonej powierzchni terenu (206).
18. Układ według zastrz. 17, znamienny tym, że przed płytką szczelinową (209) jest usytuowany obiektyw detektora (208) dla ogniskowania wiązki (207) światła odbitego przechodzącego przez szczelinę (209A) do detektora (210).
19. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że do wyjścia detektora (210) światła odbitego są dołączone obwody wzmacniania (214) połączone szeregowo z obwodem próbkująco-pamiętającym (218), którego wyjście jest połączone ze sterownikiem (221), dla porównania pierwszego współczynnika odbicia w pierwszym określonym przedziale czasu z drugim współczynnikiem odbicia w drugim określonym przedziale czasu.
20. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że zespół (226, 227, 229; 708) oddziaływania na rośliny jest połączony z wyjściem sterującym sterownika (221) poprzez jednostkę uruchamiającą (228) aktywowaną po wykryciu rośliny odmiennej od wybranego typu.
21. Układ według zastrz. 20, znamienny tym, że zespół oddziaływania na rośliny zawiera zawór elektromagnetyczny (227) połączony z dopływem herbicydu (226) zakończonym dyszą rozpylającą (229).
22. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że z wyjściem sterującym sterownika (221), poprzez jednostkę uruchamiającą (228) połączony jest elektromagnetycznie sterowany pielnik (708).
23. Układ według zastrz. 20 albo 22, znamienny tym, że do sterownika (221) jest dołączony wskaźnik prędkości przesuwu (224), dla synchronizacji jednostki uruchamiającej (228).
24. Układ według zastrz. 16, znamienny tym, że źródła światła (201, 202; 701-1 -h 701-N) są zaopatrzone w środki przesuwu fazy emitowanych wiązek światła (203, 204) względem siebie.
25. Układ według zastrz. 16, znamienny tym, że źródła światła (201, 202; 701-1 -e701-N) są wieloodcieniowo modulowanymi źródłami światła.
26. Układ według zastrz. 24, znamienny tym, że źródła (201, 202; 701-1 /- 701-N) przesuniętych względem siebie w fazie wiązek światła (203,204) są połączone z obwodami zespołu analizy (214,217 /- 223; 501 /- 510) dla synchronizacji.
27. Układ do rozróżniania obiektów, zwłaszcza wyznaczania położenia roślin, z zastosowaniem wiązek światła padającego i odbitego od rozróżnianych obiektów, zaopatrzony w detektory światła odbitego połączone ze sterującą jednostką centralną, która połączona jest z zespołem oddziaływania na rozróżniane obiekty, znamienny tym, że jest zaopatrzony w zespół (201, 202) co najmniej dwóch monochromatycznych źródeł światła o pierwszej długości fali w pierwszym przedziale czasowym oraz o drugiej długości fali w drugim przedziale czasowym, połączony z zespołem obiektywu (205) do ogniskowania wiązek światła (203,204) o pierwszej i drugiej długości fali, padającego na powierzchnię nieruchomego terenu (206) o własnościach wyznaczonych na podstawie promieniowania o pierwszej i drugiej długości fali odbitego od tej powierzchni, przy czym zespół (208 - 210) do odbioru części promieniowania, o pierwszej i drugiej długości fali, odbitego od wspomnianej powie4

173 490 rzchni terenu (206) jest połączony z zespołem (214, 217 /- 220, 222, 223; 501 -s- 510) przetwarzania sygnałów reprezentujących odbite części promieniowania, który poprzez sterownik (221) jest połączony z zespołem (226 /- 229) doprowadzania herbicydu do wybranego obszaru terenu (206), a ponadto zespół (201, 202) do wytwarzania promieniowania oraz zespół (205) do kierowania promieniowania są ruchome względem powierzchni terenu (206).
28. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że zespół (201, 202) do wytwarzania promieniowania zawiera diody elektroluminescencyjne.
29. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że zespół (208 4- 210) do odbioru promieniowania jest zaopatrzony w szczelinę (209A), której długość jest znacznie większa od jej szerokości, a dłuższy bok szczeliny jest prostopadły do kierunku przesuwu zespołu (201,202) do generowania promieniowania i zespołu (205) do kierowania promieniowania.
30. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że zespół do odbioru odbitej części promieniowania zawiera zespół detektorów promieniowania.
31. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że do sterownika (221) jest dołączony wskaźnik (224) prędkości przesuwu zespołów (201, 202; 205) wytwarzania i kierowania promieniowania względem powierzchni terenu (206).
32. Układ do rozróżniania obiektów, zwłaszcza wyznaczania położenia roślin, z zastosowaniem wiązek światła padającego i odbitego od rozróżnianych obiektów, zaopatrzony w detektory światła odbitego połączone ze sterującą jednostką centralną, która jest połączona z zespołem oddziaływania na rozróżniane obiekty, znamienny tym, że jest zaopatrzony w pierwsze źródło (201) światła monochromatycznego o pierwszej długości fali, modulowanego pierwszym sygnałem modulacyjnym o określonej częstotliwości, a skierowanego na określony nieruchomy obszar powierzchni terenu (206) oraz drugie źródło (202) światła monochromatycznego o drugiej długości fali modulowanego drugim sygnałem modulującym o określonej częstotliwości, a skierowanego na określony nieruchomy obszar powierzchni terenu (206), przy czym detektor światła (210) do wykrywania części światła o pierwszej długości fali i części światła o drugiej długości fali, odbitego od określonego obszaru powierzchni terenu (206), swym wyjściem jest dołączony do obwodu filtru (213) eliminacji sygnałów powstałych w wyniku działania światła słonecznego które ma częstotliwość mniejszą niż częstotliwości pierwszego i drugiego zmodulowanego sygnału, a wy'ście obwodu filtru (213) jest dołączone do zespołu przetwarzania sygnałów (214,217 /- 223) dla analizy wyjściowego sygnału detektora (210), ponadto pierwsze i drugie monochromatyczne źródło światła (201, 202), detektor światła (210), obwód filtru (213) oraz zespół przetwarzania sygnałów (21-4,217 /- 223) są ruchome względem powierzchni terenu (206).
33. Układ według zastrz. 32, znamienny tym, że pierwsze monochromatyczne źródło światła (201) zawiera pierwszą diodę elektroluminescencyjną, a drugie monochromatyczne źródło światła (202) zawiera drugą diodę elektroluminescencyjną.
34. Układ według zastrz. 32, znamienny tym, że obwód filtru (213) zawiera kondensator (212) połączony równolegle z cewką (211).
35. Układ według zastrz. 34, znamienny tym, że -obwód filtru (213) jest połączony przez obwody wzmacniające (214) z detektorem fazy (217), którego drugie wejście jest połączone z pierwszym i drugim modulowanym monochromatycznym źródłem światła (201, 202), dla odbioru jednego z sygnałów modulujących źródła światła.