Лазерна технологія сортування овець по кольору шерсті при формуванні стада: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук : 05.11.17 - Біологічні та медичні прилади і системи

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню наукової задачі розробці неінвазивного методу дистанційного визначення кольору шерстного покриву овець, шляхом застосування напівпровідникових лазерних джерел випромінювання з довжиною хвилі випромінювання 405, 532, 650, 780 нм. Задача пов’язана з відсутністю об’єктивності у визначенні кольору шерсті овець, що призводить до суттєвих фінансових втрат при виробництві вовни в галузі вівчарства. Проведений в роботі аналіз застосування оптичних технологій заснованих на використанні лазерного випромінювання виявив їх високу ефективність у ряді технологічних процесів. Крім того, виявилось що на сьогодні визначення кольору забарвлення шерсті овець (біла, сіра) та особливо при визначенні напіввідтінків, що пов’язане із меланіновою пігментацією, відбувається завдяки суб’єктивній оцінці оператора. В роботі запропоновано метод визначення кольору шерсті завдяки використанню дифузного відбиття монохроматичного когерентного випромінювання з різною довжиною хвилі. На основі теоретичних досліджень умов відбиття оптичного випромінювання від поверхні шерстного покриву обґрунтовані параметри спектрографічного методу з використанням лазерного джерела. Доведено, на основі математичного моделювання складових відбитого потоку світла від поверхні шерсті, ефективність використання дифузного розсіяння променя від поверхні та доцільність його застосування при визначенні її кольору. Визначені основні джерела похибок, які виникають на окремих етапах перетворення відбитого променя при його реєстрації та вплив їх на загальну похибку вимірювання кольору, що дало можливість отримати співвідношення для оцінки похибок вимірювання навіть в умовах відносно малого співвідношення сигнал/шум. Запропоновано конструкцію приладу для дистанційного визначення рівня меланінової пігментації, яка корелює із забарвленням шерсті овець, який було використано в діючому зразку автоматизованої платформи для сортування овець за кольором шерсті в процесі формування стада овець при вирощуванні. Ефективність запропонованих технічних засобів для реалізації лазерної технології сортування овець за кольором шерсті підтверджена техніко економічними розрахунками, а саме рівень рентабельності виробництва вовни збільшується до 12 %, а рівень окупності додаткових капітальних вкладень не перевищує 2 роки.

Диссертация посвящена решению научной задачи разработке неинвазивного метода дистанционного определения цвета шерстного покрова овец, путем применения полупроводниковых лазерных источников излучения с длиной волны излучения 405, 532, 650, 780 нм. Задача связана с отсутствием объективности в определении цвета шерсти овец, что приводит к существенным финансовым потерям при производстве шерсти в области овцеводства. Проведенный в работе анализ применения оптических технологий, основанных на использовании лазерного излучения, показал их высокую эффективность в ряде технологических процессов. Кроме того, оказалось, что на сегодня определение цвета окраски шерсти овец (белая, серая) и особенно при определении полутонов, что связано с меланиновай пигментацией, происходит благодаря субъективной оценке оператора. В работе предложен метод определения цвета шерсти благодаря использованию диффузного отражения монохроматического когерентного излучения с различной длиной волны. На основе теоретических исследований условий отражения оптического излучения от поверхности шерстного покрова обоснованы параметры спектрографического метода с использованием лазерного источника. Доказана, на основе математического моделирования составляющих отраженного потока света от поверхности шерсти, эффективность использования диффузного рассеяния луча от поверхности и целесообразность его применения при определении ее цвета. Определены основные источники погрешностей, возникающих на отдельных этапах преобразования отраженного луча при его регистрации и влияние их на общую погрешность измерения цвета, что позволило получить соотношение для оценки погрешностей измерения даже в условиях относительно малого соотношение сигнал / шум. Предложена конструкция прибора для дистанционного определения уровня меланиновой пигментации, которая коррелирует с окраской шерсти овец, использованной в действующем образце автоматизированной платформы для сортировки овец по цвету шерсти в процессе формирования стада овец при выращивании. Эффективность предложенных технических средств для реализации лазерной технологии сортировки овец по цвету шерсти подтверждена технико-экономическими расчетами, а именно уровень рентабельности производства шерсти увеличивается до 12%, а уровень окупаемости дополнительных капитальных вложений не превышает 2 года.

The dissertation is devoted to the solution of the scientific problem of development of a non-invasive method of remote determination of sheep wool color by application of semiconductor laser radiation sources with radiation wavelength of 405, 532, 650, 780 nm. The problem is related to the lack of objectivity in determining the color of sheep's wool, which leads to significant financial losses in the production of wool in the sheep industry. The analysis of the application of optical technologies based on the use of laser radiation carried out in the work revealed their high efficiency in a number of technological processes. In addition, it turned out that nowdays the determination of the color of sheep wool (white, gray) and especially in the determination of halftones, which is attributable to melanin pigmentation, occur due to the subjective assessment of the operator. The paper proposes a method for determining the color of wool through the use of diffuse reflection of monochromatic coherent radiation with different wavelengths. Based on theoretical studies of the conditions of reflection of optical radiation from the surface of the wool, the parameters of the spectrographic method using a laser source are substantiated. The efficiency of diffuse beam scattering from the surface and the expediency of its application in determining its color are proved on the basis of mathematical modeling of the components of the reflected light flux from the wool. The main sources of errors that occur at individual stages of the transformation of the reflected beam during its registration and their impact on the total error of color measurement are identified, which made it possible to obtain a ratio for estimating measurement errors even at relatively low signal-to-noise ratio. The design of a device for remote determination of the level of melanin pigmentation, which correlates with the color of sheep wool, which was used in the current sample of an automated platform for sorting sheep by wool color in the process of forming a flock of sheep during breeding. The efficiency of the proposed technical means for the implementation of laser technology for sorting sheep by wool color is confirmed by technical and economic calculations, namely the level of profitability of wool production increases to 12%, and the level of return on additional capital investment does not exceed 2 years.