Kluczowe komponenty optyczne i elektroniczne
W urządzeniu EkoSad łączymy elementy optyczne i elektroniczne znane z laboratoriów spektroskopii, ale przystosowane do pracy w sadzie:
- Spektrometr SILVER-Nova (StellarNet) – wysokoczułe urządzenie z chłodzonym detektorem CCD, mierzy fluorescencję w zakresie 190–1100 nm. Communikuje się przez USB, co umożliwia łatwą obsługę w terenie.
- Źródło światła – dioda UV LED (Thorlabs) – generuje skupiony strumień ultrafioletu, wzbudzający barwniki wskaźnikowe. Dodatkowo pozwala regulować natężenie promieniowania.
- Światłowody PMMA (FibroChem) – kilka cienkich włókien: jedno doprowadza promieniowanie UV, drugie odbiera emitowaną fluorescencję. Tworzywo PMMA jest elastyczne i tanie, a przy właściwej konstrukcji głowicy oświetla i zbiera sygnał bardzo efektywnie.
- Głowica pomiarowa – zawiera światłowód doprowadzający i odbierający oraz filtr optyczny tłumiący promieniowanie UV diody w drodze do detektora. Wymienny kołnierz dopasowuje się do krzywizny liścia lub jabłka i eliminuje światło z zewnątrz.
- Elektronika sterująca – mikrokomputer synchronizuje pracę diody UV i spektrometru, mierzy czas ekspozycji i natężenie sygnału. Pomiar inicjowany jest przyciskiem lub automatycznie po zaciśnięciu uchwytu.
- Komputer (PC/tablet) – analizuje surowe dane widmowe w czasie rzeczywistym, oblicza współczynniki odpowiedzi i prezentuje komunikat: „wykryto pestycyd: TAK/NIE” oraz szacowane stężenie.
Wyzwania terenu
Warunki polowe stawiają przed nami kilka istotnych wyzwań:
- Zmienne oświetlenie: Promieniowanie słoneczne zawiera UV, które może docierać do głowicy. Aby temu zapobiec, stosujemy osłony oraz filtry tłumiące światło z otoczenia. Często wykorzystuje się również modulację diod UV, by zwiększyć stosunek sygnału do szumu.
- Tło fluorescencyjne liści: Rośliny mają naturalną autofluorescencję, zwłaszcza zielone liście. Urządzenie wykonuje pomiar wzorcowy z czystego liścia (baseline), by wyeliminować wpływ tła i liczyć tylko dodatkową fluorescencję od pestycydu.
- Czynniki środowiskowe: Wiatr porusza liście, a temperatura wpływa na czułość detektora. Dlatego głowica musi dobrze przylegać, a elektronika mieć kompensację termiczną. Obudowa jest pyłoszczelna i odporna na wilgoć, co pozwala na bezawaryjną pracę nawet w trudnych warunkach.
