Analysis of laser radiation application for weed control | Анализ применения лазерного излучения для контроля сорной растительности

English. A method of weed removing using laser radiation is developed. The research purpose is to analyze the use and to justify the operation modes of a diode laser for weed control. The experiment was carried out on the developed testing bench, which included an LT-4LDS-V1 diode laser mounted on a movable carriage designed to move along the X, Y and Z axes to accurately adjust the position relative to weeds. A three-factor experiment was performed to determine the optimal regime in which complete stem cutting is not required, but a fracture is achieved. Experiments were carried out involving three weed species: common dandelion, couch grass and dwarf mallow. Digital tracking of the stem fracture moment was carried out using an RGB camera. After treatment, the plants were transferred to a climate chamber. Data processing, analysis, and statistical processing were performed using Mathcad software, PlanExp. Regression equations were obtained, the results of experiments were statistically processed, and the response function optima were found. As found at constant values of the power factor of 20 W, an object distance of 50 mm, the burning process for dandelion stalk was 3.792 s (stalk thickness of 3.5 mm); couch grass of 1.06 s (stalk thickness of 0.5 mm); dwarf mallow of 2.79 s (stalk thickness of 3 mm). The results of laser exposure were evaluated 7 days after the experiment. It was found that 81% of dandelions, 93% of couch grass and 75% of dwarf mallows of their total number were destroyed. The possibility of using laser radiation in the established operating modes to weed control in the field was confirmed.

Russian. Предложен метод удаления сорных растений с помощью лазерного излучения. Цель исследования – проанализировать применение и обосновать режим работы диодного лазера для удаления сорной растительности. Эксперимент проведен на разработанном стенде, содержащем диодный лазер LT-4LDS-V1, закрепленный на подвижной каретке, с возможностью его перемещения по осям X, Y и Z для точной регулировки положения относительно сорной растительности. Выполнен трехфакторный эксперимент для определения оптимального режима, при котором полное обрезание стебля не требуется, но достигается излом. Осуществлены эксперименты на трех видах сорных растений: одуванчик полевой, пырей ползучий и мальва приземистая. Проведено с применением RGB-камеры цифровое отслеживание момента излома стеблей. После обработки растения переносили в климакамеру. Выполнена обработка данных, анализ и статистическая обработка с использованием программных средств Mathcad, PlanExp. Получены уравнения регрессии, осуществлена статистическая обработка результатов экспериментов, выявлены оптимумы функций отклика. Установлено, что при постоянных значениях фактора мощности 20 Вт, расстоянии 50 мм до объекта процесс выжигания стебля одуванчика составил 3,792 с (толщина стебля 3,5 мм); пырея ползучего 1,06 с (толщина стебля 0,5 мм); мальвы приземистой 2,79 с (толщина стебля 3 мм). Результаты лазерного воздействия оценивали спустя 7 дней после эксперимента. Установлено, что было уничтожено 81% одуванчиков, 93% пырея и 75% мальвы от их общего количества. Подтверждена возможность применения лазерного излучения на установленных режимах работы для контроля сорной растительности в полевых условиях.