Результаты экспериментальных исследований устройства для мониторинга насекомых-вредителей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 632.9:631.58 Д.О. Суринский

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МОНИТОРИНГА НАСЕКОМЫХ-ВРЕДИТЕЛЕЙ

В статье рассмотрена проблема потерь урожая и снижения качества продукции от вредителей и болезней. Проанализировано разработанное устройство для мониторинга насекомых-вредителей. Проведены лабораторные испытания разработанного устройства.

Ключевые слова: насекомые-вредители, мониторинг, экспериментальные исследования.

D.O. Surinsky

THE EXPERIMENTAL RESEARCH RESULTS OF THE DEVICE FOR THE INSECT-PEST MONITORING

The issue of the yield losses and production quality decrease because of the pests and diseases is considered in the article. The developed device for the insect-pest monitoring is analyzed. The laboratory tests of the developed device are carried out.

Key words: insect-pests, monitoring, experimental research.

Введение. Защита урожая от сельскохозяйственных вредителей и болезней имеет большую практическую значимость для успешного ведения растениеводства. Сельское хозяйство ежегодно теряет до 40 % урожая в результате действия вредителей, болезней и сорняков. В настоящее время потери увеличиваются в результате снижения потребления ядохимикатов и нарушения работы централизованной системы прогнозирования сроков и объемов проведения защитных мероприятий.

В системе защиты растений от насекомых-вредителей различают четыре основных метода: агротехнический, механический, биологический и химический. На различных этапах научно-технического прогресса роль этих методов в общем комплексе мероприятий по борьбе с вредителями существенно менялась.

Анализ существующих методов показал, что они имеют ряд серьезных недостатков, прежде всего с точки зрения их экологичности и трудоемкости.

Таких недостатков нет при использовании электрофизического метода защиты растений от насекомых-вредителей. Однако недостаточная изученность поведения насекомых в оптическом излучении, влияния различных параметров оптического излучения на привлечение насекомых; отсутствие эффективных методов использования электрооптических преобразователей в системе защиты растений обуславливают необходимость продолжения работ по созданию, совершенствованию и исследованию установок электрофизической защиты садовых растений и методов их использования [1-5].

Цель исследования. Определение параметров и режимов устройства для мониторинга насекомых-вредителей.

Задачи: исследовать основные технические характеристики устройства для мониторинга насекомых-вредителей.

Для проведения комплексных исследований устройства для мониторинга насекомых-вредителей была разработана экспериментальная установка, схема и приборное оснащение которой представлены на рисунке 1.

Программа исследований включала в себя:

1. Исследование зависимостей 11зар=1:(1) и 11фэп=1:(Ц, зависимости напряжения на зажимах АКБ (РЭ-12120) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 13 Вт (ТРЭ-936) без нагрузки от времени и зависимости напряжения на зажимах АКБ (РЭ-12120) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 28 Вт (ТРЭ-936М) без нагрузки от времени.

2. Исследование зависимостей Е=!(Ц и :), зависимости освещенности и тока зарядки, протекающего от ФЭП к АКБ ^-12120), от времени.

ВестникКрасГАУ. 2014. № 12

3. Исследование зависимостей E=f(t) и P=f(t), зависимости освещенности и мощности, потребляемой АКБ (Рв-12120) от ФЭП, от времени.

4. Исследование зависимости W=f(t), накопления энергии АКБ (Рв-12120) в ходе зарядки от ФЭП.

5. Исследование зависимостей U=f(t) и зависимости напряжения на зажимах АКБ и потребляемого светоловушками тока от времени.

6. Исследование зависимости P=f(t), зависимости мощности, потребляемой светоловушками от аккумуляторной батареи, от времени.

7. Исследование зависимости W=f(t), энергии, потребленной светоловушками в течение эксперимента.

Исследования устройства для мониторинга насекомых-вредителей проводились в лабораторных

условиях.

С целью проведения мониторинга динамики развития насекомых-вредителей (численность насекомых, вид и стадия развития) были разработаны светоловушки на основе светодиодов (рис. 1). Питание све-толовушки в ночное время работы получают от аккумуляторной батареи (АКБ), которая заряжается в дневное время от фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Для проведения комплексных исследований устройства для мониторинга насекомых-вредителей в полевых условиях были разработаны экспериментальная установка и экспериментальный стенд. Для испытания были выбраны две панели: ФЭП-TPS-936M (28 Вт) и ТРв-936А(13 Вт), две АКБ Рв-12120 емкостью 7 A■ч и однощелевые светоловушки. Испытания проводились отдельно при работе стенда с ФЭП TPS-936M (28 Вт) и с ФЭП ТРв-936А(13 Вт). В обоих случаях ФЭП работали в паре с АКБ марки Рв-12120, а нагрузкой служили три параллельно включенные светоловушки.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1, 2, 3 - однощелевая светоловушка; 4 - фотоэлектрический преобразователь (TPS-936M0); 5 - видеокамера (W11A); 6 - АКБ (PS-12120);

7 - GSM приемник (RL-A4-100)

Схема обеспечивает возможность исследовать работу в составе экспериментальной установки, в частности исследовать режимы заряда аккумулятора от фотоэлектрического преобразователя, разряда аккумулятора на светоловушки и эффективность улавливания насекомых различными конструкциями светоловушек.

В результате проведенных исследований были получены следующие результаты.

Исследование напряжения на зажимах АКБ при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП без нагрузки (холостой ход ФЭП). Результаты исследований зависимостей Шар=ОД и Uфэп=f(t) представлены на рисунках 2 и 3.

Анализ рисунка 2 показал, что напряжение на зажимах АКБ в ходе зарядки повысилось на 16,38 % (с 11,6 до 13,5 В). Среднее значение напряжения на зажимах ФЭП без нагрузки 22,58 В превышает среднее значение напряжения на зажимах ФЭП под нагрузкой 12,6 В (при подключенной АКБ) на 9,98 В (79,21%). Графики на рисунке 3 показывают, что напряжение в ходе зарядки повысилось на 14,75 % (с 12,3 до 14 В).

Среднее значение напряжения на зажимах ФЭП без нагрузки 19,16 В превышает среднее значение напряжения на зажимах ФЭП под нагрузкой 12,93 В (при подключенной АКБ) на 6,23 В (48,18%).

ш

< т X Ш

I ^ I3

га ^ = Ч ф к

х га

*

к о. с га х

14,9

14,4

13,9

13,4

12,9

12,4

11,9

11,4 0

Узар, В

23,4 ^О^

13,4 13,5

21,9 /

21,8 21,9 ■Г- ШГ 12,8

12 . — — 12,3

о* 11,6

20

Уфэп, В

40 60 80

Время зарядки - 1, мин

100

23,5 23 22,5 22

С

О

е т

X

га

о

21,5 I

21

20,5

га |

2 *

Со ^

I М

0 ^

1 -

и

га I

120

Рис. 2. Зависимость напряжения на зажимах АКБ ^-12120) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 13 Вт (TPS-936А) без нагрузки от времени

ш

<£

х га 2

т

СР

га

га

м

I

К ср СР с с га I

16 15,5 15 14,5 14 13,5 13 12,5 12

20,2

18,65 18,7 19,2

>--- -

18 14 =—11

13,7

13,2

-

12,2 12,2 ---- 12,3

19,5 18,5

О

© т

х 1-" § 5

17,5 Я ' а и

н кз

Л) ^

16,5 § £

£ « е

£

з

яе

15,5

14,5

а

X

0

Узар, В

20 40 60 80

^Уфэп В Время зарядки - 1, мин

100

120

Рис. 3. Зависимость напряжения на зажимах АКБ ^-12120) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 28 Вт (TPS-936М) без нагрузки от времени

Исследование освещенности поверхности ФЭП и тока зарядки АКБ. Результаты исследований зависимостей Е=!(Ц и представлены на рисунке 4.

Итак, при уменьшении освещенности поверхности ФЭП ток резко падает на 90-й минуте исследования. Средний ток зарядки АКБ от ФЭП 28 Вт (TPS-936М) 1,08 А превышает средний ток зарядки от ФЭП 13 Вт ^-936А) 0,68 А на 58,82 % (0,4 А).

Исследование освещенности поверхности ФЭП и его мощность. Результаты исследований зависимостей E=f(t) и P=f(t) представлены на рисунке 5. Мощность ФЭП в период работы определялась расчетным путем: Р=Ш.

Вестник^КрасТЯУ. 2014. № 12

Зависимость освещения и тока от времени

900 800 700

ье С

..гбОО

500

^ 400

ш

ш

Э"300 ф

т

о 200 юо о

ЗОО 800 800 __ 800

800 \ У

1,28 к /

1,25 1,25 ■----А-22 \ /

. \ /

0,8 0^75 к— ж- 0,75 -ж— * • " - - ■ л*- С \ \ / ' / °<8>

0,74 Л V 230- \ / /

/

1,9 1,7 1,5 1,3 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3 ОД

20

40 60 80

Время зарядки — С. мин

- Е, л к

ЮО 120

■Ж - I, тА (ФЭП ТР5-936А, 13 Вт)

СГ ее о.

пз

СП

Рис. 4. Зависимость освещенности и тока зарядки, протекающего от ФЭП к АКБ ^-12120), от времени

900 800 700 600

Зависимость освещенности и мощности от времени

800

800

С

ш

I

л 500 н

0

1 400 I

а»

3 300

а»

со

о 200

15,25 О 15)62

100 0

9,28

9,48

800

15,38

9,23

800

16,1

9,47

N.

230 V 4,11

7'

Ж

800

г

16,8

/

о

/ /

/ 10,8 0

/

-Л

22,50

н

т о."

17,50 I

л н

о

0

1

г

о

12,50

7,50

к га 2 а» к с ю а» о. н о

2,50 С

100

120

0 20 40 60 80

Время зарядки - 1, мин

—П-Е, лк О Р, мВт (ФЭП ТРБ-936Д, 13 Вт) О Р, мВт (ФЭП ТРБ-936М, 28 Вт)

Рис. 5. Зависимость освещенности и мощности, потребляемой АКБ ^-12120) от ФЭП, от времени

Таким образом, при уменьшении освещенности поверхности ФЭП его мощность резко падает, как это видно на 90-й минуте работы установки. Средняя мощность, которую развивает ФЭП 28 Вт (TPS-936М) 13,38 Вт, превышает среднюю мощность от ФЭП 13 Вт ^-936а) 8,38 Вт на 59,67 % (5 Вт).

Исследование энергии, передаваемой ФЭП в АКБ. Результаты исследований зависимости W=f(t) представлены на рисунке 6.

у н

т

СР

а»

I

п а»

I

а» С с

0

га

1

50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00

-Д-

Накопление энергии АКБ в ходе зарядки

27,18

21,95

19,43

11,56

13,20 16,54 ^лв^А

11,70

3,81-1 7,03

2,35

0--15 15--45 45--75 75--90 90--120

Интервал времени, мин ,

Ш, Вт^ч (от ФЭП ТРБ-936Д, 13 Вт) к □ Ш, Вт^ч (от ФЭП ТРБ-936М, 28 Вт)

Рис. 6. Накопление энергии АКБ ^-12120) в ходе зарядки от ФЭП

За 120 минут заряда АКБ при зарядке от ФЭП 28 Вт (TPS-936М) получила энергии 27,18 Вгч, что на 65,73 % больше, чем при заряде от ФЭП 13 Вт (TPS-936А) - 16,4 Вгч. Среднее значение энергии, передаваемой от ФЭП 28 Вт ^-936М) к АКБ за одну минуту, составило 0,23 Вгч, от ФЭП 13 Вт ^-936А) к АКБ -0,14 Вгч.

Исследование напряжения на зажимах АКБ при разрядке и потребляемом светоловушками током. Результаты исследований зависимостей U=f(t) и !=ОД представлены на рисунке 7. Анализ зависимостей U=f(t) и !=ВД показал, что за 1440 минут (24 часа) разряда АКБ на светоловушки напряжение на ее зажимах понизилось на 6,78 % - с 13,13 до 12,24 В. Ток, потребляемый светоловушками, снизился на 76,79 % - с 280 до 65 мА. Таким образом, при полном заряде АКБ обеспечивается нормальная работа светоловушек в течение 24 часов, то есть в течение трех ночных циклов.

Рис. 7. Зависимости напряжения на зажимах АКБ и потребляемого светоловушками тока от времени

ВестникКрасГАУ. 2014. № 12

Исследование зависимости мощности АКБ в период работы светоловушки. Результаты исследований зависимости Р=ОД представлены на рисунке 8.

Анализ зависимости Р=ОД показал, что за 1440 минут (24 часа) работы системы «АКБ - светоловуш-ка» мощность АКБ снизилась на 78,26 % - с 3,68 до 0,8 Вт.

i- 3,60 са

CL

i 3,10

Í

0

1 2,60

Э"

О

Е 2,10

К

го

Е

ф

К 1,60

с

ю ф

р- 1,10 о

0,60

€

\ 03,41

здз • _ 2,76

2,55 . 2,15 Ш '

2,08 l 1,56

m !,з9 • . 1,05

0,98 0,93 о0,80

о 200 400 600 800 1000 1200

Р, Bi Время работы светоловушек -1. мин

1400

1600

Рис. 8. Зависимость изменения мощности АКБ в период работы светоловушки

Исследование зависимости энергии, потребляемой светоловушками от аккумуляторной батареи. Результаты исследований зависимости представлены на рисунке 9.

Анализ зависимости W=f(t) показал, что за 1440 минут разряда АКБ на светоловушки значение потребленной энергии составило 42,05 Вгч. Среднее значение энергии, потребляемой светоловушками от АКБ, за одну минуту составило 0,029 Вгч.

Рис. 9. Энергия, потребленная светоловушками в течение времени эксперимента

Выводы

1. Разработан экспериментальный стенд для проведения комплексных исследований устройства для мониторинга насекомых-вредителей.

2. Составлена программа экспериментальных исследований и методика их проведения.

Литература

1. Возмилов А.Г., Дюрягин А.Ю., Суринский Д.О. Светоловушки для проведения мониторинга численности и фазы развития насекомых-вредителей // Достижения науки и техники в АПК. - 2011. - № 7. -С. 76-78.

2. Суринский Д.О. Параметры и режимы энергосберегающего электрооптического преобразователя для мониторинга насекомых-вредителей: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Барнаул, 2013.

3. Пат. 85799 Российская Федерация, МПК А01М. Световая ловушка для насекомых / Суринский Д.О. [и др.].

- Заявл.27.04.2009; опубл.20.08.2009.

4. Пат. 97245 Российская Федерация, МПК А01М. Световая ловушка для насекомых / Суринский Д.О. [и др.].

- Заявл. 11.01.2009; опубл. 10.09.2010.

5. Пат. 2014116485/13 Российская Федерация, МПК А01М 1/00 (2006.01). Светоловушка для мониторинга насекомых / Суринский Д.О. [и др.]. - Заявл. 23.04.2014; опубл. 23.04.2014.