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第卷年,第月期激光与光电子学过展.
光子学在农业和食品工业中的应用
邱元武
同济大学物理系, 海
攮蔡骨瀵洚技术—一机器褪璧、光谱释瘟撒术、生物蒋礴翱巍学遥控传盛——在农业和食晶工业中韵应用。
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为了加强食品安全,用生物传光子学方法还用于清除杂草,
民以食为天,国以粮为本。全世界感器来探测各种各样的病原体、残美国公司的杂草搜索器可
的科技人员继续在寻找方法,使光留农药和其他污染,其中许多是光安装在标准的拖拉机喷洒器上,器
子学能为发展农业和食品工业提供子学装置,可提供比现有技术快得件的近红外发光二极管照亮作物之
更快和更有效的技术。在许多情形多的分析方法。全球定位系统的设间的空行,硅探测器由返回的绿光
中,光子技术补充了更传统的技置,特定地点、土壤和收成产量的记录叶绿素,并触发线圈喷洒除莠
术,后者仍用于检验光子技术的有监测正成为农业接受的工具,光学剂。该器件在玉米地中能比普通喷
效性。然而,随着光子技术的发展, 遥控传感已准备就绪,将在新世纪洒方法少用%一% 的除莠剂,
机器视觉、光谱和显微术、生物传加入提高耕作效率的行列在大豆地中可少用%~%,从
感和光学遥控传感将越来越多地帮而减少对地下水的污染
助农业和食品业节省时间和金对于大的畜牧场,牲畜的粪便
钱。美国一公司制造了基是化肥的潜在取代品。与化肥相
用于业的复杂机器视觉系统于发光二极管的传感器,能让农民比,动物粪便中的营养含量较低和
正在进入农业和食品工业,基本知道他们播下多少种子。装在播种变化较大依赖于动物的饲料,所
的机器视觉系统包括成像器、计机上的种子计数器由一排管子组以用粪便作为肥料必须知道它的营
算机和软件提供图像解释或图像数成,每个管子用光生伏打电池记录养含量。美国伊阿华州的研究人员
据分类,大多数系统还有在工厂一粒种子落下时挡住红外发光二极用近红外技术来测量猪粪中的营养
环境内连接和操作的自动机或控制管的光路,并记下一粒种子,记含量,把传感器安装在粪池的导管
系统,有些还配置了具有决策功数速率可达每秒一粒传感器系统上作为控制器,用扫描单色仪
能的更高级软件。与计算机相连,根据播种机的速透射光谱法测量,近红外光谱学对
肘食品成分更深入的分析需要率算出播下种子的密度。于硝酸铵、湿度、碳和氮的效果很
用各种光谱和显微术,傅里叶变换各种光子技术用于分析植物的好,但对钾和磷的效果很差。
红外分析仪和拉曼分光计提供食品生长,如评估玉米是否有足够的肥虽然各种类型的玉米——甜玉
的定量分析,比传统费时的化学方料,或农药的使用是否危害庄稼米、高含油量玉米和青饲料是分
法更快速和准确得多。对于大多数美国农业部的研究人员把传感器安地块种的,但实际上在一块地中
加工食品的分析,只要用光学显微装在喷洒器上,测量从叶子返回仍会发现不同的种类含油量较
镜和近红外分光计就够了,虽然它的光指示探测植物含有多少氦, 高的玉米价格较高,所以测量玉
们不能提供定量分析,但可为食品并根据植物含氮量控制喷洒适量的米的含油量是重要的。传统含油
业迅速和简易地提供足够信息。氮肥,可减少过量氮肥的污染。量分析是用昂贵的实验室仪器测
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