Электрооптический преобразователь для защиты садов от насекомых-вредителей с погруженным источником-аттрактантом
На правах рукописи
БЛЯГОЗ Алик Моссович
ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ДЛЯ ЗАЩИТЫ САДОВ ОТ НАСЕКОМЫХ-ВРЕДИТЕЛЕЙ
С ПОГРУЖЕННЫМ ИСТОЧНИКОМ-АТТРАКТАНТОМ
Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование
в сельском хозяйстве
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар – 2010 г.
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государ ственный аграрный университет» (ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ»)
Научный руководитель - доктор технических наук Султанов Георгий Ахмедович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Григораш Олег Владимирович кандидат технических наук, доцент Куприенко Александр Георгиевич
Ведущая организация - Федеральное государственное образовательное учре ждение высшего профессионального образования «Ставропольский государ ственный аграрный университет» (г. Ставрополь)
Защита состоится «16» июня 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертацион ного совета Д 220.038.08 при ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аг рарный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ», факультет энергетики и электрификации, ауд. 4.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».
Автореферат размещен на сайте www.kubsau.ru «» мая 2010 г.
Автореферат разослан « » мая 2010 г.
Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, доцент В.С. Курасов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Удовлетворение запросов населения в фруктах свя зано не только с увеличением площадей садовых массивов, но и с повышением эф фективности защитных мероприятий и развитием их экологической безопасности.
Ежегодный ущерб, наносимый вредителями и болезнями сельскохозяйствен ным культурам, по данным организации по продовольствию и сельскому хозяйству ООН (ФАО), составляет примерно 20-25% потенциального мирового урожая про довольственных культур. Поэтому роль защиты садовых растений от насекомых вредителей в увеличении производства и сохранении продукции садоводства ог ромна.
В настоящее время без применения химических средств борьбы с вредными организмами не обходится ни одна страна, однако применение пестицидов облада ет рядом негативных последействий.
В связи с этим сейчас большое внимание уделяется нехимическим экологи чески чистым методам защиты растений. Одним из перспективных среди них явля ется использование электрооптических преобразователей как для прогнозирования сроков проведения защитных мероприятий, так и для непосредственной защиты садовых растений. Химическая защита является элементом интегрированной защи ты растений и бывает востребованной тогда, когда растениям создается реальная угроза повреждения.
Недостаточные эффективность конструкций электрооптических преобразо вателей защиты садовых растений, изученность дрейфа спектра погруженных в во ду источников оптического излучения электрооптических преобразователей, ока зывающих привлекающее действие на насекомых-вредителей, делает работы в этом направлении особенно актуальными.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Кубанского ГАУ на 2006-2010 гг. (номер государственной регистрации ГР 01.200606833).
Целью работы является повышение качества защиты садовых растений за счет обоснования параметров и режимов электрооптических преобразователей с погруженными в воду источниками привлекающего излучения.
Объект исследования: светотехнические и технологические параметры ра боты электрооптического преобразователя защиты садовых растений с погружен ными источниками-аттрактантами.
Предмет исследования: способ повышения производительности электрооп тических преобразователей и закономерности привлечения насекомых-вредителей садов к водной поверхности поражающего устройства.
Методы исследований: в работе использованы методы системного анализа, элементы математической статистики, теории планирования экспериментальных исследований и регрессионного анализа, методы светотехнических расчётов. Ре зультаты исследований обрабатывались с применением прикладного пакета стати стических программ.
Научная новизна состоит в разработке и применении аналитических и веро ятностных статистических моделей для оптимизации параметров и режимов рабо ты электрооптического преобразователя для защиты садовых растений с погру женным источником-аттрактантом.
Новизна технических решений подтверждена патентом РФ на способ при влечения насекомых к ловушке и устройство для его осуществления (№2356222).
Практическая ценность:
– по результатам исследований определены оптимальные координаты цвет ности привлекающего излучения для насекомых-вредителей садов, что позволяет производить выбор существующих и разрабатывать новые источники-аттрактанты;
– разработаны конструкции электрооптических преобразователей защиты садов от насекомых-вредителей с погруженными в воду газоразрядными и свето диодными источниками-аттрактантами;
– разработана электротехнология защиты садов от насекомых-вредителей с использованием электрооптических преобразователей с погруженными в воду ис точниками-аттрактантами, снижающая пораженность плодов яблони с 5,77 % до 3,21 % по сравнению с применением электрооптических преобразователей с высо ковольтным поражающим устройством.
Основные положения, выносимые на защиту:
– модель распределения спектральных потоков излучения в электрооптиче ском преобразователе с погруженным источником-аттрактантом;
– модель интенсивности лёта насекомых-вредителей садов к электрооптиче скому преобразователю в зависимости от цветности привлекающего излучения;
– оптимальные координаты цветности привлекающего излучения электро оптических преобразователей для защиты садов от насекомых-вредителей;
– конструкция, режимы работы и параметры электрооптического преобра зователя для защиты садов от насекомых-вредителей с погруженными в воду ис точниками-аттрактантами;
– электротехнология защиты садовых растений от насекомых-вредителей с использованием электрооптического преобразователя с погруженными источни ками-аттрактантами.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в учебный процесс ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ», ФГОУ ВПО «Майкопский ГТУ», а 14 электрооптических преобразователей в ООО КХ «Ахын».
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и одоб рены на научных конференциях ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ» в 2008 г., ФГОУ ВПО «Майкопский ГТУ» (2007-2009 гг.), ГНУ ВНИПТИМЭСХ в 2009 г.
Электрооптический преобразователь для защиты садовых растений с погру женным источником-аттрактантом был представлен на выставке, посвященной 80 летию ВНИПТИМЭСХ (г. Зерноград) в 2009 г., на выставке ВВЦ «Золотая осень»
(г. Москва) в 2009 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованным ВАК, получен патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений, списка использованной литературы, вклю чающего 118 наименований, в том числе 8 на иностранных языках. Содержит страницы основного текста, 61 рисунок, 21 таблицу.
Выражаю благодарность д.т.н., профессору Газалову В.С. за оказанную консультативную помощь при проведении экспериментальных исследований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы исследования, её практическая значимость, определены объект исследования, цель и задачи исследования, изло жены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Существующие электротехнологии и электроборудование защиты садовых растений от насекомых-вредителей» приведены краткие анализы существующих моделей интенсивности лета насекомых в зависимости от характе ристик привлекающего оптического излучения, существующих режимов и пара метров работы электрооптических преобразователей для защиты садов от насеко мых-вредителей, электротехнологий защиты садовых растений от насекомых вредителей с помощью электрооптических преобразователей, сформулированы за дачи исследования.
Весомый вклад в разработку теоретических основ и конструкций электрооп тических преобразователей для защиты садовых растений от насекомых вредителей внесли следующие отечественные и зарубежные ученые: Г.А. Мазохин Поршняков, В.С. Газалов, В.П. Приставко, А.Г. Прищеп, Н.М. Симонов, С.М. Чер нобровина, А.Г. Куприенко, Л.П. Щербаева, П.Н. Богуш, М.И. Болтырёв, В.П. Ва сильев, С.И. Гнилюк, Б.Г. Ковров, В.Ф. Дьяченко, Н.И. Жигальцева, З.Ф. Звягинце ва, А.С. Мончадский, Н.Г. Коломиец, В.Б. Пенчев, В.П. Роенко и другие.
Наукой и практикой доказано, что без прогнозирования развития насекомых вредителей не возможна эффективная реализация интегрированной системы защиты растений. Электрооптические преобразователи защиты растений позволяют отслежи вать развитие всего комплекса летающих насекомых-вредителей и используются так же для непосредственной борьбы с ними. Одним из направлений повышения эффек тивности электрооптических преобразователей защиты растений является правиль ный выбор или разработка источников-аттрактантов, определяемые спектром дейст вия. В связи с этим появление цифровых калориметров делает актуальным разра ботку модели интенсивности лета насекомых-вредителей садов в зависимости от координат цветности излучения электрооптических преобразователей защиты рас тений, позволяющую оценить существующие и разрабатывать новые источники аттрактанты. Следующим направлением повышения эффективности электроопти ческих преобразователей защиты садовых растений, которому в последнее время уделяется повышенное внимание, это создание энергосберегающих установок.
Первые конструкции электрооптических преобразователей представляли собой ис точник оптического излучения, размещенный над сосудом с водой. При работе та ких электрооптических преобразователей защиты садов от насекомых вредителей значительная часть (до 70%) привлеченных насекомых-вредителей не попадают в сосуд с водой, а, привлеченные источником оптического излучения, оседают на ис точниках оптического излучения, светотехнической арматуре и окружающих предметах.
Это вызвало необходимость в совершенствовании поражающего устройства.
Были разработаны высоковольтные поражающие сетки, потребляющие до 40-50% от мощности источника-аттрактанта и уничтожающие до 50% привлеченных насе комых-вредителей.
Затем появились более эффективные аэродинамические поражающие уст ройства, уничтожающие до 80% привлеченных насекомых-вредителей, но при этом потребляющие электроэнергию в три раза больше, чем источники-аттрактанты.
Процент отловленных насекомых от Отношение мощности поражающего устройства привлеченных к мощности источника-аттрактанта 80 0, 0, 0, 0, 0 1 2 3 1 2 Рисунок 1 – Оценка эффективности электрооптических преобразователей защиты садовых растений Известна закономерность, согласно которой ночные насекомые-вредители при полете стремятся в зону с большей освещенностью.
Погружение источника-аттрактанта электрооптического преобразователя за щиты садовых растений от насекомых-вредителей в емкость с водой понуждает на секомых-вредителей направлять траектории полета в воду. Это позволяет резко снизить энергоемкость электрооптического преобразователя из-за ненужности в применении высоковольтной сетки и вентиляторов. Вместе с тем эффективность поражающего устройства возрастает.
На основании изложенного можно сформулировать рабочую гипотезу: по вышение эффективности электрооптических установок можно обеспечить погру жением источника-аттрактанта в воду.
Для выполнения поставленной цели сформулированы следующие задачи ис следования:
– разработать модель распределения спектральных потоков излучения в электрооптическом преобразователе с погруженным источником-аттрактантом;
– разработать модель интенсивности лёта насекомых-вредителей садов к электрооптическому преобразователю в зависимости от цветности привлекающего излучения;
– определить оптимальные координаты цветности привлекающего излучения электрооптического преобразователя защиты садовых растений;
– исследовать дрейф цветности источников-аттрактантов, погруженных в во ду поражающего устройства;
– разработать конструкции, определить режимы работы и параметры элек трооптических преобразователей защиты садов от насекомых-вредителей с погру женными в воду газоразрядными и светодиодными источниками-аттрактантами;
– разработать электротехнологию защиты садов от насекомых-вредителей с использованием электрооптических преобразователей с погруженными источника ми-аттрактантами;
– произвести технико-экономическую оценку использования разработанного электрооптического преобразователя для защиты садов от насекомых-вредителей.
Во второй главе «Теоретическое обоснование совершенствования электро технологии защиты садовых растений от насекомых-вредителей» обоснована зави симость между динамикой лета насекомых-вредителей садов и цветностью привле кающего излучения. Из множества задач, решаемых при совершенствовании суще ствующих процессов защиты садовых растений от насекомых-вредителей электро оптическими преобразователями и создании новых, можно выделить три распро страненных вида: выявление количественных зависимостей между параметрами процесса;
отыскание оптимальных условий протекания процесса;
выбор оптималь ного состава многокомпонентных смесей излучения.
Для решения первой задачи необходимо получить зависимость между дина микой лета насекомых-вредителей садов и цветностью привлекающего излучения.
Функция отклика (динамика лета насекомых-вредителей садов) имеет сле W = j (, ), дующий вид (1) где W – отклик, х, у – независимые переменные (факторы).
Уравнению (1) соответствует некоторая гиперповерхность в многомерном пространстве – поверхность отклика. Пространство, в котором существует указан ная поверхность – факторное пространство. Как видно из рисунка 2.1 факторное пространство имеет сложную форму, что необходимо учесть при планировании эксперимента.
Поскольку знания о механизме процесса привлечения насекомых-вредителей садов излучением разной цветности ограничены, представим аналитическое выра жение функции отклика в виде полинома.
Модель интенсивности лёта насекомых-вредителей садов в зависимости от цветности излучения электрооптического преобразователя имеет вид W = а0 + а1 х + а2 у + а3 х 2 + а4 х у + а5 у 2, (2) где х – координаты по оси абсцисс диаграммы цветности МКО, о.е.;
у – координаты по оси ординат диаграммы цветности МКО, о.е.
Для размещения контрольных точек по атласу DIN постоянного цветового тона и одинаковой насыщенности на диаграмме цветности МКО (факторы х и у) воспользуемся трехкристальными светоизлучающими диодами поскольку способ ность органа зрения насекомых-вредителей различать разноцветные излучения обусловлена наличием рецепторов, которых, согласно большинству эксперимен тальных исследований, три: красноощущающие (к – рецепторы), зеленоощущаю щие (з – рецепторы) и синеощущающие (с – рецепторы).
Погружение источника-аттрактанта электрооптического преобразователя за щиты садовых растений от насекомых-вредителей в емкость с водой, предлагаемое в данной работе, понуждает насекомых-вредителей направлять траектории полета в воду. Это позволяет резко снизить энергоемкость электрооптического преобразова теля из-за ненужности в применении высоковольтной сетки и вентиляторов. Вме сте с тем эффективность поражающего устройства возрастает.
Существенное снижение энергопотребления облегчает создание автономного электрооптического преобразователя защиты садовых растений от насекомых вредителей с зарядкой аккумулятора от солнечной батареи. Однако, водная среда и материал емкости изменяют цветность излучения источника-аттрактанта.
При известном спектральном составе падающего излучения, описываемом функцией спектральной плотности потока излучения j(l), и зависимости спек тральных коэффициентов от длины волны (отражения r(l), поглощения a(l) и пропускания t(l) ) интегральные коэффициенты отражения r, поглощения a и пропускания t, характеризующие процессы распределения потоков излучения, оп ределятся как j ( l )a ( l ) l j ( l )t ( l ) l j ( l ) r ( l ) l ;
a = r= ;
t = 0. (3) j ( l ) l j ( l ) l j ( l ) l 0 Коэффициент пропускания определится по выражению h (l ) (l ) = - k ( l ) h, t (l ) = =h (4) (l ) (l ) где Ф – поток создаваемый источником излучения, Вт;
Фh – поток излучения, пропущенный слоем толщиной h, Вт;
k() – коэффициент ослабления, зависящий от длины волны, м-1;
h – толщина слоя, м.
Получены уравнения регрессии коэффициента ослабления для оптически чистой воды и для отфильтрованной с высокой степенью достоверности аппрокси мации. Это позволило получить выражение коэффициента пропускания для опти чески чистой воды h (l ) h (l ) -12 5 -9 4 -6 3 = -(3,159110 l -8,122110 l +8,235110 l -0,0041l +1,0068l -96,953)h (5) t (l ) = = (l ) (l ) и для отфильтрованной h (l ) h (l ) -12 5 -9 4 -6 3 = -( 2, 391410 l -5, 97710 l +5,87710 l -0, 0028322l +0, 6668l -61,1219)h (6) t (l ) = = (l ) (l ) Зависимости коэффициентов пропускания от длины волны излучения (спек тральные коэффициенты пропускания) для различных составов воды требуют до полнительного экспериментального изучения и поэтому рассмотрены в разделе 4.
Распределение оптического излучения в пространстве, характеризуемое уг лом (рисунок 2), несомненно влияет на радиус действия электрооптического пре образователя, а следовательно на количество отловленных насекомых-вредителей садов.
Исходя из логических рассуждений следует, что чем больше угол, тем больше радиус действия электрооптического преобразователя. Вместе с тем по ме ре уменьшения угла и применении отражателей происходит увеличение силы из лучения в пределах угла за счет многократных отражений.
Световой поток с данной длиной волны / l e - k (l )r, упавший на вогнутую от ражающую поверхность А от лампы-аттрактанта в электрооптическом преобразо вателе защиты садовых растений от насекомых-вредителей (рисунок 3), частично отразится от нее и часть UАА отраженного потока вновь попадает на отражающую поверхность А.
Переходной процесс будет продолжаться до тех пор, пока не установится ба ланс потоков. При установившемся режиме соблюдается равенство потока / l e - k (l )r и суммы потоков поглощенного отражателем и ушедшего вовне - k ( l )r = (1 - r l ) + r (1 - U / ), (7) l l l l l где ФА – световой поток с данной длиной волны, установившийся в результате многократных отражений на поверхности вогнутого отражателя радиуса r;
rl – спектральный коэффициент отражения вогнутого отражателя;
UАА – доля отраженного поверхностью потока с данной длиной волны, вновь упавшего на эту же поверхность.
n А Ф/А а UАА Рисунок 2 – Распределение Рисунок 3 – Вогнутая отражающая оптического излучения поверхность электрооптического в пространстве преобразователя Спектральный коэффициент использования потока с поверхности отражателя «А» относительно выходного отверстия «а» определится разностью =1-U - U l, U (8) l l так как весь поток с данной длиной волны, отраженный поверхностью А, падает вновь на нее, поглощается водой при многократных отражениях (UАВ – доля отра женного поверхностью потока с данной длиной волны, поглощенного водой при многократных отражениях), и направляется в выходное отверстие.
Уравнение (7), решенное относительно спектрального коэффициента много l =g кратного отражения, (9) l / l - k ( l )r g = примет вид. (10) l 1- rl (1 - U -U ) l l Из выражения (10) следует (рисунок 4), что спектральный коэффициент мно гократного отражения отражателя определяется его формой, коэффициентом ос лабления, толщиной слоя воды при многократных отражениях и спектральным ко r l (рисунок 5).
эффициентом отражения, о.е. 2, 2,25 2,25-2, 2,2 2,2-2, 2,15 2,15-2, 2,1 2,1-2, 2,05 2,05-2, 2 2-2, 1,95 1,95- 1,9 1,9-1, 1,85 1,85-1, 1,8 1,8-1, 1,75 1,75-1, 1,7 1,7-1, 1,65 1,65-1, 0, 1, 1,6-1, 1,55 0,055 1,55-1, 1, Длина пути 1,5-1, 0, 380 460 540 в воде, м 0, 620 Длина волны излучения, нм 700 Рисунок 4 – Спектральные коэффициенты многократного отражения для оп тически чистой воды, о.е.
= 2,272727 для 2, воздушной среды 2, 2, 2, = 2,125638 для оптически чистой 2, воды 2, 2, 0, 2, Длина пути 0, в воде, м 0, 380 460 540 0, 620 700 Длина волны излучения, нм Рисунок 5 – Интегральные коэффициенты многократного отражения для ()=const Какая из описанных теоретически тенденций увеличения эффективности электрооптических преобразователей с погруженным источником-аттрактантом (угол или яркость) превозобладала, оценено с помощью сравнивающих экспери ментов в разделе 4.
В третьей главе «Методика экспериментальных исследований электроопти ческого преобразователя защиты садов от насекомых-вредителей» содержится опи сание экспериментальных установок для определения спектра действия цветности излучения на насекомых-вредителей садов, светотехнических характеристик элек трооптических преобразователей и влияния их на эффективность привлечения на секомых-вредителей, влияния состава воды на дрейф цветности излучения погру женных источников-аттрактантов, рациональной площади водной поверхности по ражающего устройства, а также методики проведения экспериментов и обработки результатов.
Для исследований влияния состава воды на дрейф цветности излучения при менялась установка ЛОС-2, цифровые люксметр и колориметр фирмы «ТКА». Для оценки влияния пространственного распределения излучения на эффективность привлечения насекомых-вредителей были изготовлены электрооптические преоб разователи, характеризуемые защитными углами =360, =1100 и =2200 (рисунок 6).
Насекомые-вредители садовых растений при малой площади водной поверх ности поражающего устройства электрооптического преобразователя не все попа дают в воду. Для определения необходимой площади водной поверхности бал из готовлен ряд светодиодных электрооптических преобразователей, отличающихся площадью водной поверхности (рисунок 7).
=360 Рисунок 7 – Электрооптические 0 преобразователи защиты садо = вых растений, характеризуемые =2200 защитными углами =360, = и = Рисунок 8 – К определению не обходимой площади водной по верхности поражающего устрой ства Цель экспериментальных исследований – проверить обоснованность теоре тических предпосылок путем экспериментального определения оптимальной цвет ности привлекающего излучения для насекомых-вредителей садовых растений, ра циональных параметров и режимов работы электрооптического преобразователя защиты садовых растений, а также определить недостающие для теоретических расчетов величины.
Обработка экспериментальных данных проводилась методами общей теории статистики и теории планирования эксперимента, с использованием программы «STATISTIC 6.0».
В четвертой главе «Экспериментальные исследования электротехнологии и электрооптических преобразователей для защиты садовых растений от насекомых вредителей» содержатся результаты исследований светотехнических характеристик электрооптических преобразователей с погруженными источниками аттрактантами, описание полученных моделей, оптимизация модели интенсивно сти лёта насекомых-вредителей садов в зависимости от цветности привлекающего излучения, разработка конструкции электрооптического преобразователя с погру женным источником-аттрактантом и технологии использования для защиты садо вого массива.
В результате обработки опытных данных получено уравнение регрессии вто рого порядка, выражающее интенсивность лёта насекомых-вредителей садов на из лучение электрооптических преобразователей в зависимости от координат цветно сти привлекающего излучения на диаграмме МКО, графическая интерпретация ко торого приведена на рисунке 8.
W =18,9376+65,6224х+17,324у–87,8088х2+3,3812ху–56,5096у2. (11) W, шт/час 30- 20 25- 20- 15- 15 10- 5- 0- 0, 5 0, 0, 0,36 У 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, Х 0, Рисунок 8 – Объемная графическая интерпретация модели лета насекомых вредителей садов (шт/час) в зависимости от цветности привлекающего излучения Переход от полинома второго порядка, полученного по результатам опыта, к стандартному каноническому уравнению позволил получить координаты цветно сти излучения х=0,37683 и у=0,16456, соответствующие оптимуму эффективности.
Так как D 0, следовательно точка Р0 (0,37683;
0,16456) – точка экстремума, при чём W xx = -43,9044 0, следовательно точка Р0 – точка максимума. Адекватность '' опытным данным проверена по F – критерию.
Анализ графической интерпретации модели в канонической форме показыва ет, что при настройке излучателей можно принять допуск по оси х порядка ±0,14, по оси у ±0,17 при 5 % снижении эффективности излучения, по оси х порядка ±0,19, по оси у ±0,24 при 10 % снижении эффективности излучения. Это практиче ски не влияет на интенсивность лёта насекомых-вредителей садов. При отклонени ях по оси х свыше ±0,24 и по оси у свыше ±0,29 происходит резкое уменьшение ин тенсивности лёта насекомых-вредителей садов.
Непостоянная функция спектрального коэффициента пропускания воды вы зывают дрейф цветности излучения источника-аттрактанта. Загрязнение воды и ее селективность при поглощении оптического излучения искажают цветопередачу в воде. Для исследования выбраны пробы воды не содержащие никаких взвешенных частиц и органических веществ в растворенном и коллоидном состоянии. Из-за спектральной селективности в ослаблении излучения проходящего через воду в за висимости от толщины слоя воды спектр прошедшего излучения меняется (рису нок 9).
D, о.е.
0, 0, 0,4-0, 0,35 0,35-0, 0,3-0, 0, 0,25-0, 0,2-0, 0, 0,15-0, 0,2 0,1-0, 0, 0,05-0, 0, 0,15 0,3 0-0, 0, у 0, 0, 0, 0, 0, 0 0, 0,1 0,2 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0, х Рисунок 9 – Дрейф цветности излучения D = (D) 2 + (D) 2, вызываемый ем костью с водой Вода имеет больший коэффициент поглощения для коротких длин волн 365 405 нм и более высокий в красной области спектра, начиная с 650 нм. Наименьший коэффициент поглощения в диапазоне 435-540 нм. Чем больше примесей в воде, тем больше она поглощает излучение в сине-зеленой и желто-красной областях спектра. Такой дрейф цветности излучения при прохождении через воду нужно учитывать при выборе геометрических параметров электрооптического преобразо вателя защиты садовых растений и настройке светодиодного излучателя.
Для глубины погружения 0,01 м источника-аттрактанта электрооптического преобразователя защиты садовых растений максимальный дрейф цветности излу чения приходится на пробу №4 и составляет 0,007, что значительно меньше 5 % уровня снижения эффективности электрооптического преобразователя.
Для оценки влияния пространственного распределения излучения на эффек тивность привлечения насекомых-вредителей были изучены распределения осве щенности, яркости и координат цветности излучения в пределах, характеризуемых защитными углами =360, =1100 и =2200 и проведены сравнивающие экспери менты.
Сравнение эффективности электрооптического преобразователя с отражате лем и лампой-аттрактантом, расположенной под прозрачной емкостью с водой 9,71% и эффективности электрооптического преобразователя без отражателя и лампой-аттрактантом, расположенной в прозрачной емкости с водой 90,29% по критерию z показало, что так как Zнабл Zкр, то выборочные средние значений эф фективности установок отличаются статистически значимо.
Сравнение эффективности электрооптического преобразователя без отража теля и лампой-аттрактантом, расположенной в прозрачной емкости с водой 77,2% и эффективности электрооптического преобразователя с отражателем и лампой аттрактантом, расположенной в прозрачной емкости с водой 22,8% по критерию z показало, что выборочные средние значений эффективности установок отличаются статистически значимо.
Обработка данных эксперимента, показывает, что на эффективность отлова насекомых-вредителей садов оказывает существенное влияние увеличение площа ди захватывающей водной поверхности.
С высокой достоверностью аппроксимации R2 = 0,9855 зависимость эффек тивности отлова насекомых-вредителей от площади захватывающей водной по верхности можно представить в виде:
W = 3,5854Ln(G) - 7,6514, (12) где W – эффективность отлова насекомых, шт.;
G – площадь захватывающей водной поверхности, см2.
Анализ зависимости эффективности отлова насекомых-вредителей от площа ди захватывающей водной поверхности показывает, что начиная с площади 0,12 м нарастание эффективности отлова насекомых-вредителей начинает значительно отставать от увеличения площади захватывающей водной поверхности.
Электротехнология применения электрооптических преобразователей с по груженными источниками-аттрактантами для защиты садовых растений это про цесс, определяемый совокупностью средств (включая электрооптические преобра зователи) и методов их применения. В главе приведено описание электротехноло гии применения электрооптических преобразователей с погруженными источника ми-аттрактантами для защиты садовых массивов от насекомых-вредителей.
В пятой главе «Технико-экономическое обоснование применения электро оптических преобразователей с погруженными источниками-аттрактантами для защиты садовых растений от насекомых – вредителей» приведено технико экономическое обоснование применения технологии защиты садовых растений с использованием электрооптических преобразователей с погруженными источника ми-аттрактантами.
Произведено технико-экономическое обоснование использования двух вари антов: базового и предлагаемого. В базовом варианте используется в установке вы соковольтная поражающая сетка и источник–аттрактант лампа ЛУФУ – 30. В пред лагаемом варианте используется электрооптические преобразователи с погружен ными источниками-аттрактантами для защиты садовых растений от насекомых вредителей. Использование электрооптических преобразователей с погруженными источниками-аттрактантами для защиты садовых растений от насекомых вредителей ведет к снижению пораженности плодов яблони с 5,77 % до 3,21 %,уменьшению стоимости установки, снижению потребления электроэнергии, к со кращению количества химических обработок, а также к получению годового эф фекта в виде чистого дисконтированного дохода (ЧДД) 237430,34 руб.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Установлено, что факторное пространство на атласе DIN постоянного цве тового тона и одинаковой насыщенности на диаграмме цветности имеет сложную форму, что определило необходимость разработки и реализации плана полнофак торного эксперимента. Анализ известных моделей привлечения насекомых на из лучения различной цветности позволил при разработке модели привлечения насе комых-вредителей садовых растений остановиться на полиноме второй степени. В результате обработки опытных данных получено уравнение регрессии второго по рядка W=4,7344+16,4056х+4,331у–21,9522х2+0,8453ху–14,1274у2, выражающее интенсивность лёта насекомых-вредителей садов на излучение электрооптических преобразователей в зависимости от координат цветности привлекающего излуче ния на диаграмме МКО.
2. В результате проведенных исследований получены координаты цветности излучения х=0,37683 и у=0,16456, соответствующие оптимуму эффективности.
Точка Р0 (0,37683;
0,16456) – точка экстремума, причём W xx = -43,9044 0, сле '' довательно точка Р0 – точка максимума.
3. Изучение свойств поверхности отклика в окрестностях оптимума путем ка нонического преобразования показали, что при настройке излучателей можно при нять допуск по оси х порядка ±0,14, по оси у ±0,17 при 5 % снижении эффективно сти излучения, по оси х порядка ±0,19, по оси у ±0,24 при 10 % снижении эффек тивности излучения. При отклонениях по оси х свыше ±0,24 и по оси у свыше ±0, происходит резкое уменьшение интенсивности лёта насекомых-вредителей садов.
4. Повышение эффективности электрооптических преобразователей защиты садов от насекомых-вредителей за счет погружения источников-аттрактантов в во ду, с целью приведения насекомых к поражающему устройству, вызывает дрейф цветности излучения. Проведенные исследования показали, что вода имеет боль ший коэффициент поглощения для коротких длин волн 365-405 нм и более высо кий в красной области спектра, начиная с 650 нм. Наименьший коэффициент по глощения в диапазоне 435-540 нм. Чем больше примесей в воде, тем больше она поглощает излучение в сине-зеленой и желто-красной областях спектра.
5. В результате проведенных исследований установлено, что допустимый дрейф цветности излучения для 5 % и 10 % уровня снижения эффективности излу чения 0,14 и 0,19 соответственно. Для глубины погружения 0,01 м источника аттрактанта электрооптического преобразователя защиты садовых растений мак симальный дрейф цветности излучения составляет 0,007, что значительно меньше 5 % уровня снижения эффективности электрооптического преобразователя.
6. Электрооптические преобразователи, характеризуемые более широким фо тометрическим телом имеют, имеют большую эффективность. Так как сравнение эффективности электрооптического преобразователя с отражателем и лампой аттрактантом, расположенной под прозрачной емкостью с водой (эффективность – 9,71%, защитный угол – 360) и эффективности электрооптического преобразователя без отражателя и лампой-аттрактантом, расположенной в прозрачной емкости с во дой (эффективность – 90,29%, защитный угол – 2200) по критерию z показало, что выборочные средние значений эффективности установок отличаются статистиче ски значимо. Сравнение эффективности электрооптического преобразователя без отражателя и лампой-аттрактантом, расположенной в прозрачной емкости с водой (эффективность – 77,2%, защитный угол – 2200) и эффективности электрооптиче ского преобразователя с отражателем и лампой-аттрактантом, расположенной в прозрачной емкости с водой (эффективность – 22,8%, защитный угол – 1100) по критерию z показало, что выборочные средние значений эффективности установок также отличаются статистически значимо.
7. Электротехнология защиты садовых растений от насекомых вредителей электрооптическими преобразователями с погруженными источниками аттрактантами включает в себя следующие операции: установку платформы в меж дурядье в горизонтальном положении, расположении на ней электрооптического преобразователя перпендикулярно ряду деревьев, заполнение поражающего уст ройства водой, ежедневный учет прилетевших насекомых вредителей, замена воды раз в неделю. При этом электрооптические преобразователи с 20 Вт лампами уста навливаются на расстоянии 80 метров друг от друга в ряду и 58 метров в междуря дье. Электрооптические преобразователи со светодиодными источниками аттрактантами устанавливаются на расстоянии 15 метров в ряду и 12 метров вмеж дурядье. Анализ зависимости эффективности отлова насекомых-вредителей от площади захватывающей водной поверхности показывает, что начиная с площади 0,12 м2 нарастание эффективности отлова насекомых-вредителей начинает значи тельно отставать от увеличения площади захватывающей водной поверхности.
8. По результатам внедрения электротехнология защиты садов от насекомых вредителей с использованием электрооптических преобразователей с погруженны ми в воду источниками-аттрактантами, снижает пораженность плодов яблони с 5,77 % до 3,21 % по сравнению с применением электрооптических преобразовате лей с высоковольтным поражающим устройством. Годовая экономия эксплуатаци онных затрат составляет 3861,60 руб., ЧДД (в расчете за 5 лет) 237430,34 руб.
Основные результаты исследований опубликованы следующих опубли кованных работах:
Монографии 1. Блягоз А.М. Технология защиты садовых растений электрооптическими преобразователями с погруженными источниками – аттрактантами / Газалов В.С., Блягоз А.М. – Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 2009. – 112 с.
Статьи в изданиях из перечня ВАК 2. Блягоз А.М. Анализ теплового режима мощных светодиодов в рабо чем диапазоне температур / Газалов В.С., Блягоз А.М., Шабаев Е.А. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. – № 6. – С. 36 – 38.
3. Блягоз А.М. Электрооптический преобразователь защиты садовых растений с погруженным светодиодным излучателем / Блягоз А.М. // Труды Кубан ского государственного аграрного университета. – Краснодар, 2008. – Вып. 4 (13).
С. 242 - 244.
Статьи в сборниках научных трудов, материалах научных конференций и прочие публикации 4. Блягоз А.М. Распределение насекомых и болезней в однородном садо вом массиве / Газалов В.С., Блягоз А.М., Беленов В.Н. // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. АЧГАА / [ отв. ред. М.А. Таранов ]. – Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2007. – Вып. 7. – С.
155 – 158.
5. Блягоз А.М. Обоснование типа источника-аттрактанта для мэлектрооп тического преобразователя защиты растений / Блягоз А.М., Газалов В.С. // Энерго сберегающие технологии. Проблемы их эффективного использования: материалы междунар. науч. – практ. конф. 11 – 12 дек. 2007 г. – Волгоград, 2008. – С. 99 – 101.
6. Блягоз А.М. Исследование эффекта досвечивания электрооптическими установками защиты садовых растений / Блягоз А.М., Газалов В.С, Султанов Г.А. // Энергосберегающие технологии. Проблемы их эффективного использования: мате риалы междунар. науч. – практ. конф. 11 – 12 дек. 2007 г. – Волгоград, 2008. – С.
153 – 156.
7. Блягоз А.М. Влияние цветности излучения на эффективность установок защиты садовых растений. /В.С. Газалов, А.М. Блягоз / Развитие инновационного потенциала агропромышленного производства, науки и аграрного обазования. Ма териалы международной научно-практической конференции. ФГОУ ВПО Донской государственный университет, 2009 г.
8. Блягоз А.М. Электрооптические преобразователи с погруженными ис точниками-аттрактантами для защиты садовых растений от насекомых-вредителей.
/В.С. Газалов, В.Н. Беленов, А.М. Блягоз / Сборник научных трудов ГНУ ВНИП ТИМЭСХ, 2009 г.
9. Блягоз А.М. Светодиодный электрооптический преобразователь защиты садовых растений / Блягоз А.М., Газалов В.С., Султанов Г.А. // Методы и техниче ские средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве: сборник материалов научно-практической конференции энергетическо го факультета – Ставрополь, 2009. – С. 13 – 16.
10. Патент № 2356222. Способ привлечения насекомых к ловушке и устрой ство для его осуществления. / Газалов В.С., Богатырев Н.И., Блягоз А.М., Оськин А.С., Баракин Н.С. / RU 2356222 C1. Опубликовано 27.05.2009. Бюл. №15.