Главная / Библиотека / Агрофотоника

Агрофотоника

Агрофотоника

Повышение уровня потребления продуктов питания является прямым следствием неуклонного роста населения нашей планеты. Уже не одно столетие остается актуальной задача создания условий для выращивания растений вне зависимости от сезона; возрастают масштабы тепличного хозяйства, ведется разработка новых решений и методов, стимулирующих онтогенез растений. Проблема контроля качества продуктов также является одной из первостепенных в сельскохозяйственной отрасли.

В решении многих задач преуспела «наука будущего» - фотоника. Совокупность методов и решений для фермерских хозяйств сформировали отдельный сектор, получивший название «агрофотоника».

 

Светодиодные технологии в выращивании

Важнейшим условием онтогенеза растений является фотосинтез – сложный химический процесс, проходящий под действием света. В отличие от людей, растения воспринимают свет как соотношения фотонных потоков: все пигменты, содержащиеся в клетках листовой пластины, поглощают отдельные длины волн из видимого диапазона (380 – 720 нм). К примеру, один из основных фотосинтезирующих элементов – хлорофилл – поглощает свет в синей (430 - 450 нм) и красной (640 – 683 нм) областях спектра.

При поглощении кванта света пигмент переходит в возбужденное состояние и выделяет энергию. Хлорофилл служит оптическим Картинки по запросу хлорофиллфотосенсибилизатором: энергия, выделяемая этим пигментом, переходит в субстраты, которые самостоятельно энергию от излучения поглощать не могут.

Светособирательную функцию выполняют и другие пигменты фотосинтезирующих организмов, их также называют «вспомогательными». К ним относят фикобилипротеины и каротиноиды - желтые пигменты, которые всегда присутствуют в фотосинтетических мембранах и выполняют светособирательную функцию, а также защищают растительные ткани от избыточного излучения.

Многочисленными исследованиями было доказано, что в процессе эволюции растения научились реагировать на изменения частоты и интенсивности светового излучения, а также на изменение длины волны. Это значит, что искусственное освещение может использоваться для воздействия на рост и развитие растений, включая скорость фотосинтеза, форму растений (фотоморфогенез), направление роста (фототропизм) и время цветения (фотонастия). Светодиоды идеально подходят для освещения растений благодаря узкому пиковому диапазону частот, что позволяет создавать специализированные режимы освещения, оптимизированные для разных способов применения, условий выращивания и видов растений. Особенно популярны светодиодные технологии в странах Азии.

Картинки по запросу искусственное освещение растений светодиодами

Использование светодиодов значительно снижает расходы электроэнергии и сократит финансовые затраты при применении в промышленных масштабах: по оценкам ассоциации корейских производителей, выращивание сельскохозяйственных культур с использованием энергосберегающих ламп на площади 3000 га позволит сэкономить 70% энергии по сравнению с лампами накаливания. В Японии при поддержке министерства уже действуют 6 ферм, где при выращивании реализована светодиодная технология.

 

Контроль качества урожая

Фотонные технологии позволяют фермерам Похожее изображениеследить за состоянием и качеством продукции. Ученые из американской лаборатории USDA с помощью дистанционного зондирования в видимом, ближнем инфракрасном и тепловом инфракрасном диапазонах получают сведения для оценки урожайности культур, а также анализируют коэффициент поглощения углерода почвой.

Исследования проводились с помощью усовершенствованного космического радиометра излучения и отражения ASTER, цель работы – проверка показателей азота в почве и косвенного показателя содержания белка в пшенице. Известно, что количество азота в листьях влияет на концентрацию хлорофилла – пигмента, определяющего отражательную способность растительной ткани; этим и обусловлено применение методов дистанционного зондирования.

Пшеница является основной сельскохозяйственной культурой во многих странах, и повышенное содержание белка делает пшеницу более ценной как для потребителей, так и для фермеров. С помощью коэффициента отражения производитель сможет оценивать качество зерна и, как следствие, конкурентоспособность озимой пшеницы, при необходимости внести коррективы в режим выращивания растений.

Активно изучаются способы мониторинга состава винного винограда – культуры, имеющей большое экономическое значение для Австралии и многих государств по всему миру. Для измерения уровня сахара в отдельных сортах винограда используются волоконно – оптические методы. Различия в концентрации сахара в винограде создают спектр поглощения, который коррелирует со степенью зрелости плодов. 1452249549444_md08-fo2gОсновное преимущество использования оптоволоконных технологий в том, что они гораздо менее разрушительны, чем традиционные методы анализа состава плодов (например, создание виноградной суспензии). По спектру поглощения можно определить оптимальное время сбора урожая.

Исследователи из Института молекулярной биологии и прикладной экологии им. Фраунгофера (г. Шмалленберг) в сотрудничестве с исследователями из Института физических измерений (г. Фрайбург) разработали систему на основе металлоксидных датчиков для проверки безопасности и качества продуктов питания. С помощью датчиков можно тестировать свинину, ананасы и другие продовольственные продукты.

 

Гарантия безопасности

Безопасность продуктов питания, напитков и фармацевтических препаратов - это еще одна задача, в решении которой помогают фотонные технологии.

Инновационные технологии, применяемые в датчиках спектральной визуализации, позволили улучшить мониторинг качества пищевых продуктов. Открылись возможности оперативного контроля процесса и прямого мониторинга качества большого объема произведенной продукции.

Headwall Photonics сотрудничает с Министерством сельского хозяйства США и лабораторией USDA - ARS в проекте по исследованию спектральных характеристик сельскохозяйственных культур посредством использования ближнего инфракрасного (900 - 1700 нм) и коротковолнового инфракрасного (1000 - 2500 нм) датчиков.

Исследователи представили новую систему Hyperspec Starter Kit Headll Photonicsформирования изображений - Hyperspec ™ Starter Kit. Это разработка, благодаря которой Headwall Photonics стала финалистом премии Prism Awards 2008 за инновации в области фотоники. Устройство разработано специально для исследований в области сельского хозяйства и сочетает в себе особые аналитические технологии отражательной и флуоресцентной спектроскопии.

Это устройство можно использовать для определения причин внешних дефектов фруктов и ​​овощей, а также при оценке качества фармацевтических препаратов. Помимо этого, с помощью Hyperspec ™ Starter Kit проводится мониторинг бактериальных загрязнений, что особенно важно для многомиллиардного рынка специализированных продуктов, свежих и сушеных фруктов, овощей и орехов.

 

Компания BaySpec представила свой дебютный проект инструмента для проверки пищевых продуктов SAFEINSPECT на конференции SPIE Defense, Security and Sensing в апреле. Портативное устройство представляет собой дисперсионную систему спектроскопии комбинационного рассеяния на основе объемно - фазовой решетки без движущихся частей. Спектрометр можно легко переносить в производственный или локальный контрольный пункт для проверки на подлинность продукта и соответствие стандартам. Специальной подготовки образца не требуется.

 

Эрик Берглес, вице – президент по продажам и маркетингу лаборатории BaySpec, подчеркнул, что неинвазивная система мониторинга является более доступной на рынке по сравнению с масс – спектрометрами и традиционными Jaz Stack - All Modulesметодами фурье – спектроскопии.

 

Команда из лаборатории Ocean Optics в своем исследовании обратилась к мини – спектроскопии, предложив проект по мониторингу содержания сахара во фруктах и ​​овощах. Исследователи выразили идею об оценке качества вина по измерению цвета. Среди разработок лаборатории – инструмент, позволяющий определять показатели вкуса и анализировать содержание кислорода в заправках для салатов. Устройство Jaz - это модульная портативная платформа для спектроскопии.

 

- «Ocean Optics» предлагают новый подход к мультиспектральной визуализации, который в перспективе может быть использован в пищевой промышленности и при производстве лекарств, - говорит Джейсон Айхенхольц, технический директор Ocean Optics. Миниатюрная спектроскопия особенно удобна как при работе с пищевыми продуктами, так и при контроле фармацевтических препаратов, поскольку портативные детекторы, источники света и оптические инструменты для отбора проб позволяет быстро встраивать измерительные приборы в процесс, что значительно упрощает оптимизацию установок.

 

Будущее сельского хозяйства

Большая часть технологий агрофотоники уже встроена в производственные линии, а также применяется на фермах. Современный производитель располагает гораздо большим количеством информации, и благодаря мониторингу, может регулировать процессы в реальном времени.

Национальный центр вычислительной гидротехники и инженерии (NCCHE) в университете штата Миссисипи совместно с лабораторией USDA - ARS разрабатывают систему поддержки принятия решений для управляющих земельным хозяйством и фермеров с целью оптимизации методов производства без вреда для окружающей среды: к примеру, повышение качества воды на ферме с помощью новой системы водосбора (CCHE1D - 3.0).

Многие из существующих оптических технологий находят применение в решении задач сельскохозяйственной отрасли. Так, лазерная сцинтилляционная система может быть использована для мониторинга работы городских станций отопления и тепла, выделяемого городскими районов в атмосферу. Эти данные можно использовать для количественной оценки эффекта мер по смягчению последствий эксплуатации городских отопительных систем.

Теги agrophotonics фотоника агро агрофотоника
Последние статьи
Агрофотоника

Повышение уровня потребления продуктов питания является прямым следствием неуклонного роста населения нашей планеты. Уже не одно столетие остается актуальной задача создания условий для выращивания растений вне зависимости от сезона; возрастают масштабы тепличного хозяйства, ведется разработка новых решений и методов, стимулирующих онтогенез растений...

Использование компактных спектрометров в исследованиях процессов сгорания

Будем честны, интереснее всего в химии наблюдать яркие вспышки и реакции горения. Популярный опыт в общей химии – реакция между алюминием и оксидом железа (III) – одна из таких впечатляющих иллюстраций.

Терагерцовые наборы

Если вы знакомы с принципами работы терагерцовых спектрометров реального времени и являетесь обладателем фемтосекундного лазера, терагерцовый набор может оказать большую пользу в ваших исследованиях.

Брэгговские зеркала
Тонкие брэгговские зеркала представляют собой структуру, состоящую из чередующейся последовательности оптических материалов с разным показателем преломления
Фотодиоды и фотопроводники

Фотодиод работает подобно обыкновенному сигнальному диоду. Отличие заключается в том, что фотодиод генерирует фототок, когда свет поглощается в области переходного слоя полупроводника. Это устройство обладает высокой квантовой эффективностью, а потому находит применение в решении многих задач.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку, и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, пр. Большой Сампсониевский, д. 60У, офис 31