Дуплексный электростимулятор-деструктор биообъектов, электропропольщик

Автор: Тышкевич Е.В. (Патент RU 2388212)

Предмет изучения относится к области электробиотехнологий и может использоваться в биологии, медицине, сельском хозяйстве для уничтожения сорняков или электропрополки, пасынкования, нормализации ионного баланса корневой системы, изготовления электропастухов, электростимуляции растений и животных.

Функциональная схема дуплексного электростимулятора-деструктора биологических объектов.

Дуплексный способ воздействия электрическим током на биообъекты подробно изложен в описании патента  RU 2366158.

На рисунке представлена функциональная схема и упрощенные эпюры вольтамперных характеристик дуплексного электростимулятора-деструктора биологических объектов. На эпюрах вольтамперных характеристик не показаны переходные и колебательные процессы напряжений и токов.

Дуплексный электростимулятор-деструктор биологических объектов состоит из источника питания 1, трех электронных коммутаторов 2, 6, 7, импульсного трансформатора 3, анализатора проводимости 4, тактового генератора 5, управляемого емкостного накопителя 8 и двух электродов 9, 10.

Описание работы дуплексного электростимулятора-деструктора биологических объектов.

Генератор 5 вырабатывает последовательность тактовых импульсов, которые управляют работой схемы. Прямой выход генератора 5 (а) соединен с управляющим входом первого электронного коммутатора 2 и управляющим входом емкостного накопителя 8. Инверсный выход генератора 5 (b) подключен к управляющему входу второго электронного коммутатора 6.

Импульсный трансформатор 3 представляет собой индуктивный накопитель электрической энергии. Первый вывод первичной обмотки трансформатора 3 соединен с первым выводом источника питания 1, второй вывод подключен к входу первого электронного коммутатора 2. Выход первого электронного коммутатора 2 и второй вывод источника питания 1 соединены с общим проводом.

Накопитель 8 является управляемым емкостным накопителем электрической энергии, первым входом подключенный к первому выводу источника питания 1, вторым входом соединенный с общим проводом.

Вторичная обмотка трансформатора 3 вторым выводом подключена к общему проводу, а первым выводом соединена с входом анализатора проводимости 4 (с), выход которого подключен к входу второго электронного коммутатора 6. Управляющий выход анализатора проводимости 4 (d) соединен с управляющим входом третьего электронного коммутатора 7, вход которого подключен к выходу емкостного накопителя 8 (е). Выходы второго и третьего коммутаторов 6, 7 соединены с первым электродом 9 (f), второй электрод 10 подключен к общему проводу. Воздействие на биологический объект (на рисунке не показан) осуществляется с помощью электродов 9, 10.

В начальный полупериод работы генератора 5 (t0-t1) на его прямом выходе (а) образуется сигнал высокого уровня (эпюра а), который переводит коммутатор 2 в открытое состояние. Первичная обмотка трансформатора 3 подключается к источнику питания 1, в результате чего в ней накапливается электрическая энергия. В этот момент во вторичной обмотке трансформатора 3 индуцируется напряжение (эпюра с), которое через анализатор проводимости 4 поступает на вход коммутатора 6. Одновременно, сигнал высокого уровня на управляющем входе емкостного накопителя 8 разрешает заряд последнего до напряжения источника питания 1 (эпюра е). Поскольку уровень сигнала на инверсном выходе генератора 5 равен нулю (эпюра b), то коммутатор 6 находится в закрытом состоянии, разрывая цепь между вторичной обмоткой трансформатора 3 и электродом 9. Коммутатор 7 также закрыт, так как на управляющем выходе анализатора 4 (эпюра d) присутствует нулевой потенциал. Таким образом, в начальный момент времени (t0-t1) между электродами 9 и 10 напряжение воздействия на биологический объект отсутствует, ток равен нулю (эпюра f).

По окончании первого полупериода в момент времени t1 на прямом выходе генератора 5 (эпюра а) образуется нулевой потенциал, емкостный накопитель 8 отключается от источника питания 1, коммутатор 2 закрывается, ток в первичной обмотке трансформатора 3 начинает быстро уменьшаться. В результате этого во вторичной обмотке трансформатора 3 возникает ЭДС самоиндукции высокого напряжения (эпюра с, t1-t2). Сигнал высокого уровня, образованный на инверсном выходе генератора 5 (эпюра b), в момент t1 переводит коммутатор 6 в проводящее состояние, подключая цепь вторичной обмотки трансформатора 3 через анализатор проводимости 4 к электродам 9 и 10, к которым присоединен биообъект.

В течение времени t1-t2 напряжение на электродах 9, 10 резко возрастает (эпюра с), однако ток, протекающий через биообъект, имеет очень низкое значение и представляет собой ток утечки собственной изоляции биообъекта (эпюра f, t1-t2). В точке t2 наступает пробой изоляции биообъекта, в результате чего внутри него образуется проводящий канал, при этом напряжение вторичной обмотки трансформатора 3 на отрезке времени t2-t3 резко уменьшаться (эпюра c), а ток возрастает (эпюра f). В момент t3 ток проводящего канала достигает оптимального значения (эпюра f), при котором на выходе анализатора проводимости 4 возникает сигнал высокого уровня (эпюра d), который открывает коммутатор 7, подключая заряженный емкостный накопитель 8 (эпюра е) к электродам 9, 10.

Операционный (или силовой) импульс, поступающий от накопителя 8 через открытый коммутатор 7 на электрод 9, накладывается на проводящий канал, сформированный разрядным током трансформатора 3 (эпюра f, t3-t4). Таким образом, на биообъект производится дуплексное воздействие от двух источников энергии: индуктивного 3 и емкостного 8. Первый формирует канал проводимости, а второй в заданной точке его характеристики осуществляет силовое воздействие, обеспечивая желаемый результат. Появление операционного импульса возможно в любой фазе сформированного проводящего канала, поскольку величина его тока отслеживается анализатором проводимости 4. К моменту времени t4 действие операционного импульса заканчивается (эпюра f). Напряжение на емкостном накопителе 8 принимает остаточное значение (эпюра е, t4-t5) до окончания полного цикла (t0-t5) работы схемы.

Время воздействия электрическим током на биообъект t3-t4 задается длительностью импульса, поступающего на вход коммутатора 7 с выхода анализатора проводимости 4 (эпюра d). Энергия операционного импульса определяется величиной напряжения источника питания 1 и емкостью накопителя 8. В течение активной процедуры дуплексного воздействия t1-t4 (эпюры c, d, e, f) индуктивный 3 и емкостный 8 накопители энергии находятся в отключенном состоянии от источника питания 1 (эпюра а, низкий уровень). Такой режим работы устройства обеспечивает безопасность и защиту источника питания 1 от короткого замыкания между электродами 9 и 10.

Уникальные возможности дуплексного электростимулятора-деструктора биологических объектов.

Предлагаемое схемотехническое решение позволяет дозировать энергию, подводимую к биообъекту в широком диапазоне. Если энергия операционного импульса достаточно велика, то объект будет уничтожен, в ином случае, результатом воздействия может быть стимуляция или замедление роста биообъекта. Принципиально, стимуляция отличается от деструкции (уничтожения) энергетическими параметрами, значениями напряжений, токов, частоты и скважности импульсов, так как в случае стимуляции разрушение или повреждение клеточной структуры биообъекта импульсами воздействия недопустимы.

Практически, напряжение источника питания 1 может составлять 9…500В, при этом напряжение на вторичной обмотке трансформатора 3, формирующее проводящий канал достигает значений 3…17кВ.

Максимальный ток (амплитудное значение) операционных импульсов находится в пределах 90…250А, минимальное значение определяется активированной емкостью накопителя 8 и напряжением источника 1. Частота следования электрических сигналов находится в диапазоне от 10Гц до 70кГц.

Устройство может применяться в качестве электропропольщика для уничтожения сорной растительности, пасынкования, нормализации ионного баланса корневой системы, электростимуляции растений и животных.

Дуплексный электростимулятор-деструктор биологических объектов обладает простой конструкцией, имеет небольшие габариты и массу, высокий КПД и широкий диапазон использования.