Способ истребления сельскохозяйственных вредителей

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству , в частности к способам, предназначенным для борьбы с насекомыми-вредителями , животными-вредителями, сорной растительностью и стерилизации почвы электрическими средствами. Цель изобретения - расширение области применения при одновременном увеличении избирательности . В способе истребления сельскоs 7 8 хозяйственных вредителей, заключающемся в формировании напряжения, подводимого к сельскохозяйственным вредителям - объектам приложения электрического удара , генерируют лазерный луч 11 в направлении заземленного объекта 5 приложения электрического удара, электрически изолируют источник 1 лазерного излучения от проводящей диафрагмы 3, создают электрический контакт между проводящим каналом , созданным лазерным лучом 11 из ионизированных вдоль направления распространения лазерного луча молекул воздуха , и проводящей диафрагмой 3 с диаметром отверстия, через которое проходит лазерный луч 11, меньшим диаметра лазерного луча, подключают один выход источника 4 высокого напряжения к проводящей диафрагме 3. второй - к земле, 2 з.п. ф-лы. 4 ил. ел с 71 1 VJ о XI со Јь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5()5 А 01 М 1/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ V

О 4

Cd

Ф

3> (21) 4713788/15 (22) 03.07.89 (46) 15.01.92. Бюл. М 2 (71) Институт кибернетики им. В.М. Глушкова (72) В.Я, Голубчик и Б.Е. Фишман (53) 632.635(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 1251839, кл. А 01 М 1/22, 1986. (54) СПОСОБ ИСТРЕБЛЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ВРЕДИТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам, предназначенным для борьбы с насекомыми-вредителями, животными-вредителями, сорной растительностью и стерилизации почвы электрическими средствами. Цель изобретения — расширение области применения при одновременном увеличении избирательности. В способе истребления сельскоЯ2„„1704734 А1 хозяйственных вредителей, заключающемся в формировании напряжения, подводимого к сельскохозяйственным вредителям— объектам приложения электрического удара, генерируют лазерный луч 11 в направлении заземленного объекта 5 приложения электрического удара, электрически изолируют источник 1 лазерного излучения от проводящей диафрагмы 3, создают электрический контакт между проводящим каналом, созданным лазерным лучом 11 из ионизированных вдоль направления распространения лазерного луча молекул воздуха, и проводящей диафрагмой 3 с диаметром отверстия, через которое проходит лазерный луч 11, меньшим диаметра лазерного луча. подключают один выход источника 4 высокого напряжения к проводящей диафрагме 3, второй — к земле. 2 э.п. ф-лы. 4 ил, 1704734

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам, предназначенным для борьбы с насекомымивредителями, животными-вредителями, сорной растительностью и стерилизации почвы электрическими средствами, Известно устройство для реализации способа, содержащее СВЧ вЂ” генератор, излучатель, выполненный в виде прямоугольного волновода переменного сечения с излучающими щелями и вырезом.

Известно также устройства для реализации способа содержащее расположенный на мобильной платформе СВЧ вЂ” генератор, систему охлаждения, блок питания, излучатель. выполненный в виде прямоугольного волновода, на нижнем конце которого установлена диэлектрическая пластина, пульт контроля и управления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для реализации способа, содержащее излучатель и приспособление согласования ввода СВЧ вЂ” энергии в почву, выполненное в виде радиопроэрачного обода, установленного на оси, причем излучатель расположен внутри обода.

К общим недостаткам известных способов относятся пониженная эффективность, так как электромагнитная энергия СВЧ интенсивно поглощается в верхних слоях растений, в листьях и ботве; ограниченная область применения, так как электромагнитная энергия СВЧ используется только лишь для уничтожения сорной растительности; пониженная разрешающая способность и избирательность, так как электромагнитная энергия СВЧ является непрерывной функцией пространства; ухудшение надежности функционирования близлежащих радиотехнических объектов, так как электромагнитная энергия СВЧ, поступая на антенны радиотехнических объектов, уменьшает отношение сигнал/помеха; трудность защиты обслуживающего персонала от неблагоприятного воздействия на организм человека электромагнитной энергии

СВЧ; невысокие устойчивость работы и

КПД.

Цель изобретения — расширение области применения при одновременном увеличении избирательности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе истребления сельскохозяйственных вредителей, заключающемся в формировании напряжения и подводе его к сельскохозяйственным вредителям, генерируют лазерный луч в направлении сельскохозяйственного вредителя, который пропускают через проводящую диафрагму, диаметр отверстия которой выбирают меньше диаметра лазерного луча, электрически изолируют источник лазерного излучения от проводящей диафрагмы, после чего создают. разность потенциалов, превышающую величину поражающего напряжения между проводящей диафрагмой и землей.

Кроме того, генерируют дополнительный лазерный луч в направлении сельскохозяйственного вредителя, который

10 пропускают через соответствующую диафрагму, диаметр которой выбирают меньше диаметра лазерного луча, электрически изолируют источник лазерного излучения от проводящей диафрагмы и создают между укаэанными проводящими диафрагмами

15 разность потенциалов.

Дополнительно иониэируют зону контакта стенок отверстия соответствующей проводящей диафрагмы и лазерного луча, при этом диаметр отверстия диафрагмы выполняют соизмеримым по диаметру с лазерным лучом.

Приведенные отличительные признаки позволяют приложить электрический удар к объекту, находящемуся от источника электрического удара на расстоянии, беэ непосредственного контакта между источником электрического удара и объектами — самыми разнообразными вредителями сельскохозяйственных растений (насекомыми, грызунами. сорной растительностью), Кроме того, приведенные отличительные признаки позволяют стерилизовать почву, подвести дискретно электрический удар с высокой точностью и избирательностью к объекту (скоплению объектов), что предохраняет от поражения граничную область. лежащую вне эоны действия электрического удара, исключить влияние на радиотехнические объекты процесса приложения электрического удара. практически предотвратить вредное влияние на человеческий организм процесса истребления сельскохозяйственных вредителей, истреблять сельскохозяйственных вредителей внутри помещений, например теплиц, истреблять насекомых и грызунов внутри жилых помещений.

Таким образом, предлагаемое техническое решение представляет собой нехимическое, экологически чистое, не вызывающее генетических последствий средство защиты растений, что придает рассматриваемому способу технические свойства. не присущие другим аналогичным известным способам.

Предлагаемый способ может быть реализован различными вариантами устройства, два из которых приводятся ниже.

1704734

55

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего способ для случая заземленного объекта приложения электрического удара; на фиг. 2 — блок-схема устройства, реализующего способ для случая незаземленного объекта приложения электрического удара; на фиг. 3 — зависимость между значениями длительности импульса

Т1 и необходимой интенсивностью ионообразования у; на фиг. 4 — запись структуры спектра поглощения земной атмосферы в районе Л = 0,69 мкм (Л- длина волны).

Устройство для возбуждения электрического удара (фиг. 1) содержит источник 1 лазерного излучения, прозрачный для лазерного излучения изолятор 2, проводящую диафрагму 3, источник 4 напряжения, объект 5 приложения электрического удара, шину 6 заземления (нулевого потенциала) источника 4, шины 7 и 9 первичного источника напряжения питания источников 1 и 4, шины 8 и 10 включения (выключения) источников 1 и 4, шину 11 проводящего канала иэ ионизированных молекул воздуха, созданную лазерным лучом источника 1, шину 12 заземления (нулевого потенциала) объекта

Транспортное средство, на котором может размещается устройство, на фиг.1 не показано, как не имеющее принципиального значения (не являющееся функционально существенным признаком) для сути функционирования предлагаемого устройства.

Заземление устройства может осуществляться через контактирующий с землей и перемещающийся по земле заземлитель устройства, или через электрически соединенные с землей через колеса (гусеницы) шасси транспортного средства

Устройство работает следующим образом, Источник 1 лазерного излучения, например типа А 2-1И-502 ОД0.397.109ТУ-84 или ЛТП-403, генерирует лазерный луч при включении источника 1 оператором по шине 8. Одновременно с включением источника 1 включается оператором по шине 10 источник 4 напряжения. Источник 4 формирует или постоянное напряжение, или импульсное. что проще. Полярность напряжения не имеет значения.

При включении и выключении источников 1 и 4. осуществляемыми синхронно, к ним подключается по шинам 7 и 9 первичный источник напряжения питания (батарея, аккумулятор, выпрямитель).

Лазерный луч через изолятор 2 и отверстие в диафрагме 3 направляется на объект

5, Изолятор 2 представляет собой проэрач5

45 ную для лазерного излучения перегородку, выполненную из диэлектрика с высокими изоляционными свойствами, например кварцевого стекла, и предназначенную для защиты источника 1 от напряжения источника 4, которое могло бы попасть на источник 1 через диафрагму 3, к которой подключен источник 1, и иониэированный лазерным лучом проводящий канал (шину)

11.

Проводящая диафрагма 3 представляет собой пластину или диск с отверстием посредине, выполненную из хорошо проводящего материала, например меди или латуни.

Стенки отверстия и место присоединения диафрагмы 3 к выходу источника 1 (шине 11) для улучшения контакта покрывают серебром или золотом. Диаметр отверстия диафрагмы 3 выполняют меньшим, чем диаметр лазерного луча (шины 11) источника 1. Лазерный луч как-бы протискивается через отверстие в диафрагме 3, чем обеспечивается хороший электрический контакт между ионизированным лазерным лучом, проводящим каналом из молекул воздуха и диафрагмой 3. Улучшение контакта проводящего канала и диафрагмы 3, которое может быть осуществлено эа счет дополнительной иониэации молекул воздуха в месте контакта с помощью радиоактивных изотопов, вспомогательного источника высокого напряжения, генератора аэроио нов, на фиг.1 не отражено.

В случае дополнительной ионизации диаметр отверстия диафрагмы 3 может быть больше диаметра лазерного луча 11.

Источник 1, изолятор 2 и диафрагма 3 друг относительно друга выставлены и жестко закреплены.

Как только лазерный луч попадает на объект 5,напряжение с первого выхода источника 4 через диафрагму 3 и проводящий канал 11 прикладывается к объекту 5. Второй выход источника напряжения прикладывается к объекту 5 через шины 6 и 12.

Таким образом, в объекте 5 возбуждается электрический удар.

Если объект 5 — растение или животноевредитель, то они заземлены естественным образом. Насекомые, находящиеся на растениях, эаэемляются через растение.

Параметры напряжения (постоянное, переменное, импульсное, амплитуда, форма, фаза, скважность и частота повторения для импульсных сигналов) и (или) параметры оптического излучения (постоянное, переменное, импульсное, амплитуда, форма, фаза, скважность и частота повторения для импульсных сигналов), а также взаимное временное положение сигналов напряже1704734 ния и оптического излучения выбирают в зависимости от конкретных физиологических характеристик поражаемого обьекта.

С помощью оптических систем (зеркал, призм, линз. световодов) лазерный луч и соответственно проводящий канал может искривляться при необходимости любым требуемым образом.

Устройство по фиг. 2 содержит источники 1-1 и 1-2 лазерного излучения, изоляторы 2-1 и 2-2, проводящие диафрагмы 3-1 и

3-2, источник 4 напряжения, объект 5 приложения электрического удара, шины 7-1, 7-2 и 9 первичного источника напряжения питания источников 1-1, 1 — 2 и 4, шины 8-1, 8 — 2 и 10 включения (выключения) источников 1-1, 1-2 и 4, шины 11-1 и 11-2 проводящих каналов иэ ионизированных молекул воздуха, созданных лазерными лучами источников 1-1 и 1-2. Один иэ выводов источника 4 может подключаться или не подключаться к шине 6 заземления (нулевого потенциала), что для функционирования устройства не имеет принципиального характера.

Транспортное средство, на котором может размещаться устройство, на фиг. 2 не показано, как не имеющее принципиального значения(не являющееся функционально существенным признаком) для сути функционирования предлагаемого устройства. Поскольку устройство может быть не заземлено, то транспортное средство может также не заземляться, т.е. помимо колесного или (и) гусеничного транспортного средства можно испольэовать летательный аппарат (вертолет. самолет, дирижабль и т.n.).

Проводящие каналы 11-1 и 11-2 через диафрагмы 3-1 и 3-2 подключают вь1ходы источника 4 к объекту 5, в котором возбуждается электрический удар. Проводящие каналы 11-1 и 11-2 выполняют, таким образом, функцию прямого и обратного провода, благодаря чему устройство и объект 5 могут быть изолированы от земли.

Выполнение устройства по фиг. 2 может иметь достаточно много модификаций. Так, например, можно использовать один источник 1, а лазерный луч раздвоить с помощью оптической системы. Также можно использовать один общий изолятор. В то же время можно использовать два источника 4, каждый из которых имеет заземленный выход.

Вторые выходы источников 4 подключаются в противофазе к соответствующему каналу.

В этом случае потенциал электрического удара удваивается.

Для различных приложений устройство можно выполнить многолучевым. В этом случае наносится электрический удар по объектам 5, расположенным по площади или обьему.

Оценим время Ti, в течение которого в

5 проводящем канале, созданном лазерным излучением, устанавливается распределение заряда. Известно, что время релаксации

l1 для процесса установления пространственного распределения заряда в атмосфе10 ре равно

15 где А1 и Ь вЂ” парциальные проводимости атмосферы за счет положительных и отрицательных ионов соответственно.

Ионные проводимости, в свою очередь. выражаются через концентрацию ni и по20 движность ионов Ui следующим образом

4-е ni Ui (2) где е — заряд электрона (4,8 10 0 в ед.

25 CGSE);

1= 1 означает положительные ионы, а 12 — отрицательные.

Подвижность ионов определяется их физической природой и с некоторым эавы30 шением может быть принята при оценках такой же. как и в атмосфере. Средние значения подвижности ионов в атмосфере соответственно равны U1 1.3 см /B С, а

Оэ 1,6 см /В С. Концентрация же ионов

35 пь благодаря иониэации атмосферы лазерным лучом, становится существенно выше. чем в атмосфере. Если для атмосферы

ni 10 -10 см, то ионизация лазерным лучом способна обеспечить достижения ве40 личины порядка 10 см, Тогда иэ (2) получаем

4 = 1,9-2,4) 10 с, (3)

45 а подставив (3) в (1), придем к т Я .10 с. (4)

Поскольку процесс ионной релаксации

50 носит экспоненциальный характер, то можно считать, что полное время установления распределения заряда Ti связано со временем релаксации соотношением T> = (3-5)ti.

Тогда

Т> =10 с.

Таким образом, в течение времени

Т 10 с необходимо создавать и поддер-5

1704734

10 живать в проводящем канале ионную кон-з центрацию порядка 10 см

Оценим теперь требуемые характеристики лазерного луча.

Известно, что изменения концентрации 5 ионов и со временем могут быть описаны дифференциальным уравнением

dn г — =y — a n б1 (6) и+и! no — ni

=exp(2 nlr т). (7) 25

n — пi np — nl где nl а — асимптотическое значение концентрации ионов.

Таким образом 30

К вЂ” 1

n= nl (8) К вЂ” -ехр(2 пса 1). по + nl и! — и

В обычных условиях для атмосферных ионов можно принять а = 1,6 10 см /c, п0- 5 10 ион/см . г э

По формулам (8) на ЭВМ были рассчитаны 40 значения Т! и у,которые обеспечивают дости-з жение концентрации ионов щ= 10 см

Зависимость между полученными значениями длительности импульсов Ti и необходимой интенсивностью ионообразования 45 у представлена на фиг. 2. Из приведенной зависимости видно, что для Т! порядка

5 10 с необходимо обеспечить y= 2,7

"10 ион/см . Считая, что длина ионизированного канала составляет I= 1 мкм = 10 50

5 см, э радиус r = 0,5 см, получим следующую оценку необходимой производительности источника лазерного излучения

Г=у лгг . I =2 7 10 6 ион/см э х 55

Х с !Г0,25 см 10 см =

= 2,1 10 ион/ с (9) где a— - коэффициент рекомбинации ионов, у- интенсивность ионообразования.

В уравнении (6) не учтены процессы захвата ионов аэрозольными частицами, 15 поскольку концентрация последних в рассматриваемом случае намного меньше концентрации ионов, т,е. основная роль принадлежит процессу рекомбинации ионов. 20

При начальном значении концентрации ионов по решение уравнения (6) имеет вид

Чтобы определить параметры источника лазерного излучения. необходимо конкретизировать компоненту газового состава атмосферы, которая будет ионизироваться.

Рассмотрим для примера водяной пэр.

Возьмем энергию однократной иониэации

НгО Ф4 = 12,6 Э В/ион = 2 10

Эрг/ион.

Значит, при однократной ионизации молекул НгО в ионизированном слое должна поглощаться мощность N. равная й= 1л/„Г= 2 1О Эрг/ион 2,1 10го ион/с = 4,2 10 Дж/с = 420 Вт. (10)

Поскольку КПД процесса не может быть равен 1007, то следует обеспечить в импульсе лазера мощность свыше 500 Вт.

Оценки параметров лазера, ионизирующего другие газовые компоненты атмосферы. дают значения, близкие к полученным.

Так, для СОг энергия ионизации М4= 13,8 Э

В/ион = 2,2 10 Эрг/ион.

Отметим, что.как следует иэ фиг. 2,существенное влияние на эффективность способа оказывает скорость ионизации в среде. а именно, при скорости ионизации, меньшей (1.5-2) 10, существенно воэраста1 см с ет требуемая длительность излучения, следовательно, и энергозатраты, необходимые для поддержания требуемой концентрации заряженных частиц. При больших скоростях ионизации снижение требуемой длительности излучения незначительно.

Это означает, что эффективность способа будет достаточно высока лишь при скорости ионизации, находящейся в диапазоне (1,5-5) 10, Таким образом, диапа16 1 см с зон мощности при выбранных размерах лазерного луча следует выбирать, исходя из необходимости обеспечения указанных скоростей иониэации. Это позволяет обеспечить высокую энергетическую эффективность технической реализации предлагаемого способа.

При оценке рабочей длины волны лазера А необходимо учесть, что, согласно имеющимся данным, при использовании излучения видимого и ИК-диапазонов ионизация газа при атмосферном давлении происходит благодаря совместному действию многофотонных процессов и лавинной ионизации, причем последняя играетосновную роль. Так как в интенсивных лазерных импульсах многофотонные процессы протекают с участием 9-10 фотонов, то предельное значение рабочей частоты излучения

1704734

9 It "г »р = Wu, 3 10 см/с

Р (13) 20

dn — . п2 с1 т

=9 10 =09 мкм (16 и по () (17) Т

R» — -(с- . (14) С»

21п() (15) лазера может быть найдено, например, из следующего соотношения где h — постоянная Планка.

Тогда

ЧЧч 2 10 Эрг

У»Р

9. 66 10 Эрг с

=337 10 4 с (12)

Отсюда можно найти предельное значение длины волны излучения 4,р

Таким образом, можно испольэовать для иониэации воздуха лазерное излучение ближней ИК-области (порядка 0,9 мкм), а также более коротковолновое излучение. т.е. А < =0,9 мкм.

Приведем оценку сопротивления проводящего канала.

Для эквивалентной схемы цепи, включающей источник напряжения, проводящий канал и объект приложения электрического удара, постоянная времени процесса переноса заряда в проводящем канале определяется произведением R» С», где R» и ѻ— сопротивление и емкость проводящего канала соответственно. Тогда получаем следующую формулу для оценки сопротивления проводящего канала

Для проводящего цилиндрического каналадлиной I ирадиусом rемкость С» может быть определена по следующей формуле

Используя значение I= 1 мк = 10 см. г =

=0,5 см, получаем

С» =4 10 см=44 10 Ф, Подставив полученную оценку величины С» в формулу (14) (значение Т берем из (5)), получаем

R» =10 /4,4 10 = 2 10 Ом, Для проводящего канала меньшей длины, например, при I = 100 м = 10 см, вели4

5 чина R» будет порядка 200 Ом, Представляет интерес рассмотреть устройство, реализующее предлагаемый способ, в котором вообще отсутствует синхронизация момента подключения гене10 ратора напряжения с моментами генерации импульсов оптического излучения. Возьмем для оценок величину интервала между импульсами оптического излучения порядка

10, К окончанию очередного оптического

15 импульса концентрация ионов в проводящем канале и составляет величину порядка

10 см . Динамика уменьшения величины и описывается уравнением (6), в котором

y= О. т.е.

Отсюда можно получить, что n(t) описы25 вается следующей зависимостью

30 где (t tp) — время, прошедшее с момента окончания очередного импульса оптического излучения;

a — коэффициент рекомбинации ионов (а=1,6 10 см Ic).

Для по= 10 см и t-tp = 10 с получаем

-з из(17), что и =5 10 см

Таким образом, к моменту начала следующего импульса оптического излучения концентрация ионов в проводящем канале

40 снижается в 200 раз. Это приводит к такому же увеличению сопротивления проводящего канала. Выше было получено, что для канала длиной I-- 1 км сопротивление R»

-2 10 Ом. Следовательно, к моменгу нача45 ла следующего импульса о ического излу чения сопротивления проводящего канала с

1= 1 км будет равно 10 м, а с I 100 м -10

Ом.

Использование в предлагаемом способе новых описанных операций выгодно отличают предлагаемый способ от способа-прототипа, так как указанные операции позволяют приложить электрический удар к объекту, находящемуся от источника электрического удара на расстоянии, без непосредственного контакта между источником электрического удара и объектами— самыми разнообразными вредителями

14

1704734

Фиг. 2 сельскохозяйственных растений (насекомыми, грызунами. сорной растительностью).

Кроме того, приведенные отличительные признаки позволяют стерилизовать почву, подвести дискретно электрический 5 удар с высокой точностью и избирательностью к обьекту (скоплению обьектов), что предохраняет от поражения граничную область. лежащую вне эоны действия электрического удара, исключить влияние на 10 радиотехнические обьекты процесса приложения электрического удара, практически предотвратить вредное влияние на человеческий организм процесса истребления сельскохозяйственных вредителей, истреб- 15 лять сельскохозяйственных вредителей внутри помещений, например теплиц. истреблять насекомых и грызунов внутри жилых помещений.

Формула изобретения

1. Способ истребления сельскохозяйственных вредителей, заключающийся в формировании напряжения и подвод его к сельскохозяйственным вредителям, о т л и — 25 ч а ю щи и с я тем, что, с целью расширения области применения при одновременном увеличении избирательности, генерируют лазерный луч в направлении сельскохозяйственного вредителя, который пропускают через проводящую диафрагму, диаметр отверстия которой выбирают меньше диаметра лазерного луча, электрически изолируют источник лазерного излучения от проводящей диафрагмы, после чего создают разность потенциалов, превышающую величину поражающего напряжения, между проводящей диафрагмой и землей.

2, Способ по и. 1, отличающийся тем, что генерируют дополнительный лазерный луч в направлении сельскохозяйСтвенного вредителя, который пропускают через соответствующую проводящую диафрагму, диаметр которой выбирают меньше диаметра лазерного луча, электрически иэолируЮт источник лазерного излучения от проводящей диафрагмы и создают между укаэанными проводящими диафрагмами разность потенциалов, 3. Способ по и, 1, от л и ч а ю щи и с я тем, что дополнительно ионизируют зону контакта стенок отверстия соответствующей проводящей диафрагмы и лазерного луча, при этом диаметр отверстия диафрагмы выполняют соизмеримым по диаметру с лазерным лучом.

l04734

1704734

Составитель В.Андриевский

Редактор М.Кобылянская Техред М.Моргентал Корректор Q.Öèïëå

Заказ 140 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г; Ужгород, ул.Гагарина, 101