Территория прогрессивных инноваций Территория прогрессивных инноваций Гнездо
   ГЛАВНАЯ  |  ИСТОРИЯ  |  НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ  |  ПАТЕНТЫ  |  PATENTS  |  ВОИР  |  КОНТАКТЫ   

Уничтожение сорняков пьезоэлектрическим способом

Авторы: Тышкевич Е.В., Шабин С.А., Боженков А.В. * Патент RU 2289244

Аппаратные средства для уничтожения сорной растительности электрическим током известны давно как в России, так и за рубежом, но несмотря на свои очевидные преимущества они не находят достойного применения в агротехнике.

Современный уровень развития электронной техники позволяет создавать малогабаритные, энергонезависимые агротехнические средства не только для уничтожения сорняков, но и для проведения таких процедур, как пасынкование, электростимуляция растительных культур с целью повышения их всхожести и снижения сроков вегетации, а также для оптимизации ионного баланса почвы.

Функциональная схема пьезоэлектрического стимулятора-деструктора растений.

На Фиг.1 представлена упрощенная функциональная схема пьезоэлектрического стимулятора-деструктора растений.

Устройство содержит источник электрической энергии, состоящий из пьезоэлемента 1 и механического привода 2, ограничитель напряжения 3, выпрямительный диода 4, накопительный конденсатор 5, электронный коммутатор 6, пусковой элемент 7, защитный диод 8, формирователь импульсов 9 и электроды 10, 11.

Описание работы пьезоэлектрического стимулятора-деструктора растений.

Пьезоэлемент 1 совместно с приводом 2 образуют единую конструкцию – пьезоэлектрический преобразователь напряжения. В качестве механизма возбуждения пьезоэлемента 1 может использоваться электромеханический привод с автономным питанием от аккумуляторной батареи или механический привод, в котором используется мускульная сила.

Устройство имеет два режима работы:

  • Режим однократного воздействия. Заряд накопительного конденсатора 5 происходит при разомкнутых электродах 10, 11. Разряд – при замыкании цепи между электродами 10, 11.
  • Режим непрерывного воздействия. Заряд и разряд накопительного конденсатора 5 происходит при замкнутой цепи между электродами 10, 11. При этом устройство непрерывно вырабатывает импульсы с частотой, определяемой параметрами схемы.

Режим однократного воздействия.

В исходном состоянии цепь между электродами 10, 11 разомкнута. Под действием привода 2, который периодически сжимает/разжимает кристалл пьезоэлемента 1 (на Фиг.1 действие показано стрелками), на выводах последнего образуется электрическая энергия высокого напряжения. Эта энергия передается на накопительный конденсатор 5 через последовательно соединенные ограничитель напряжения 3 и выпрямительный диод 4. Напряжение заряда конденсатора 5 соответствует значению, установленному ограничителем напряжения 3. Выпрямительный диод 4 предотвращает обратный разряд конденсатора 5, выполняя роль амплитудного детектора. Для защиты накопительного конденсатора 5 от инверсного перезаряда параллельно ему включен защитный диод 8. Таким образом, на конденсаторе 5 накапливается электрическая энергия равная произведению величины емкости на квадрат напряжения.

Накопленный заряд на конденсаторе 5 будет сохраняться до того момента, пока не замкнется цепь между электродами 10, 11. Силовая цепь разряда конденсатора 5 состоит из включенных последовательно электронного коммутатора 6 и формирователя импульсов 9. Электронный коммутатор 6 представляет собой полупроводниковый ключ, управляемый с помощью пускового элемента 7, включенного между конденсатором 5 и управляющим входом коммутатора 6. Пусковой элемент 7 обладает нелинейной импульсной характеристикой. Он способен пропускать ток (открываться) только тогда, когда напряжение на его входе достигает значения порогового напряжения. В противном случае его внутреннее сопротивление очень велико.

В момент замыкания электродов 10, 11 пусковой элемент 7 переходит в состояние высокой проводимости, поскольку напряжение заряженного конденсатора превышает пороговое напряжение элемента 7. Конденсатор 5 начинает разряжаться через открытый пусковой элемент 7, входную цепь коммутатора 6, формирователь импульса 9 и замкнутые электроды 10, 11. Ток, проходящий через вход управления коммутатора 6, переводит его в открытое состояние. В результате этого накопительный конденсатор 5 разряжается через силовую цепь устройства и замкнутые электроды 10, 11.

Формирователь импульсов 9 представляет собой LCR – двухполюсник, позволяющий сформировать импульсы воздействия заданной амплитуды, длительности и формы, то есть распределить энергию накопительного конденсатора 5 по определенному закону во времени. При необходимости параметры LCR цепи можно подобрать таким образом, что устройство будет способно генерировать пакет затухающих импульсов определенной частоты, используя один цикл заряда конденсатора 5.

Приведенный режим является энергосберегающим (экономичным), поскольку возбуждение пьезоэлемента 1 можно прекратить после полного заряда конденсатора 5, так как его разряд может происходить при отключенном источнике электрической энергии. Это удобно, если в качестве механического привода используется мускульная сила.

Режим непрерывного воздействия.

Если пьезоэлектрический преобразователь 1, 2 привести в действие при замкнутой цепи между электродами 10, 11, то накопительный конденсатор 5 зарядится до напряжения отпирания пускового элемента 7. При достижении этого напряжения пусковой элемент 7 запустит электронный коммутатор 6, который замкнет силовую цепь разряда конденсатора 5. В результате этого конденсатор 5 разрядится через замкнутые электроды 10, 11 до такого напряжения, при котором пусковой элемент 7 возвратится в исходное разомкнутое состояние, электронный коммутатор 6 закроется и разорвет силовую цепь разряда конденсатора 5. После этого цикл повторится. Величина напряжения перехода пускового элемента 7 из замкнутого в разомкнутое состояние составляет несколько вольт, поэтому конденсатор 5 будет разряжаться практически до нуля после каждого цикла разряда. В непрерывном режиме устройство вырабатывает последовательность импульсов (или пакетов импульсов) так долго, пока происходит возбуждение пьезоэлемента 1.

Деструкция растений (уничтожение сорняков) возможна как в однократном, так и в режиме непрерывного воздействия. Для проведения этой операции один из электродов необходимо внедрить в почву, где расположена корневая система, а другим электродом прикоснуться к стеблю растения. В первом случае, через растение пропускается один импульс или один пакет импульсов в зависимости от настройки параметров LCR-цепи. Если энергии одного цикла заряда конденсатора недостаточно, то используется непрерывный режим до тех пор, пока растение не будет уничтожено.

Стимуляция растений предполагает также использование обоих режимов. Точки приложения электродов определяются произвольно, в зависимости от предполагаемого результата: почва – стебель, стебель – стебель и т. д. Принципиально стимуляция растений отличается от деструкции энергетическими параметрами, значениями напряжений, токов, частоты и частотной последовательности импульсов, так как в случае стимуляции разрушение или повреждение клеточной структуры растительной ткани недопустимы. Кроме того, импульсы воздействия должны оказывать благоприятное влияние на рост клеток и внутриобменные процессы.

Достоинства и область применения пьезоэлектрического стимулятора-деструктора растений.

Устройство может использоваться для уничтожения сорняков в качестве электропропольщика, а также для проведения операций пасынкования растений. В этом случае деструктивное электрическое воздействие прикладывается непосредственно к тому отростку, который необходимо уничтожить, при этом, на растение не оказывается никакого негативного влияния.

Пьезоэлектрический стимулятор позволяет изменять ионный баланс почвы вблизи корневой системы растений, нормализуя его до заданного уровня. Для этого электроды внедряют в почву и через них пропускают последовательность импульсов заданной величины, частоты и формы согласно проводимой технологии.

Возможности конструкции позволяют использовать не только механизм прямого воздействия электрическими импульсами на растительные объекты, но и затрагивать энергетическую структуру биоритмов и электрохимическую проводимость тканей растений.

Устройство имеет небольшие габариты и массу, высокий КПД, оно способно вырабатывать импульсы напряжением от десятков вольт до нескольких киловольт в диапазоне токов от единиц миллиампер до десятков ампер в амплитудном значении, сохраняя при этом высокую стабильность.

К достоинствам пьезоэлектрического стимулятора следует отнести полную независимость от внешних источников энергии.

Устройство может использоваться для проведения технологий обработки растений в оранжереях, теплицах, фермерских хозяйствах, приусадебных участках и т.д. Особенно эффективно его использовать для селекционных работ в научно-исследовательских целях.

Пьезоэлектрического стимулятора-деструктора растений не нарушает экологию окружающей среды и не вызывает генетических или структурных изменений растительных объектов.

на Главную
 
mailto: info@kosmin.ru