Исследования диагностики и регулирования температурного режима замкнутого пространства улья с применением мобильного матричного датчика температуры

DOI:

Для нормального функционирования биологического организма особей пчелосемьи, необходим чистый воздух – в основном кислород, который проникает в тело пчел, матки и трутней через трубчатые отверстия (дыхальца) во внутренние воздушные мешки. Используя трахеи, которые имеют вид ветвящихся трубочек, воздух разносится по всему организму пчелиной особи. Для того чтобы циркуляция воздуха в биологическом организме была полноценной и регулярной, смена воздуха в воздушных мешочках организма происходит от специализированных дыхательных движений брюшка, причем эти движения имеют различную динамику сокращений. Единица измерения таких сокращений – это количество движений в минуту. Исследования показали, что в спокойном движении организма они достигают 40 д/мин, а в полете 150 д/мин. При этом потребление кислорода соответственно равняется от 0,4 до 68 куб. см. Если рассматривать замкнутое пространство улья, то во время интенсивной переработки производных меда, при кормлении расплода и трутней выделяется за один час функционирования примерно 60 л углекислого газа и до 300 г воды и ее производных [1]. Исходя из этого можно сделать вывод о необходимости постоянной циркуляции воздухообмена. Вентилирумость замкнутого пространства достигается постоянным движением крыльев рабочих пчел с переменной интенсивностью, отсюда и с измененным воздушным потоком. Основным местом создания воздушного потока является леток, на котором располагаются пчелы и взмахами крыльев активизируют давление циркуляции воздушного потока. Таким образом, давление воздуха позволяет создать вентиляцию в улье (рис. 1).

Порядок установленных функций движения воздушных потоков представлен на проведенной прямой линии, на которую наносят пять измерительных точек:

• 1.    Середина замкнутого пространства улья.

• 2.    Точка перед образованием пчел, участвующих в вентиляции.

• 3.    Середина вентилирующих пчел.

• 4.    Точка за группой вентилирующих пчел.

• 5.    Точка определена – 80 мм за последней пчелой, участвующей в вентилировании.

Анализ системы вентиляции показал, что при давлении воздушного потока, равного 0,33 мм водяного столба, давление распределяется следующим образом (см. рис. 2).

Анализируя движение воздуха внутри улья, можно утверждать, что температура располагается в разных точках пространства по-разному. Исходя из этого, предлагается диагностический температурный контроль осуществлять с помощью мобильного матричного датчика (см. рис. 3).

Датчик-точка (.t) температура имеет ограничительный сектор измерений, который представляется в виде рисунка 4.

Рис. 1. Работа пчел в летке в период активной деятельности семьи: а – «активная» часть летка; б – поле реакции

Примечание. Составлено авторами.

Рис. 2. Зоны давления воздуха в период активной деятельности семьи: а – улей пространство с низким давлением воздуха; б – «активная» часть летка; в – пространство выравнивания давлений

Примечание. Составлено авторами.

Рис. 3. Размещение точек (.t) в виде матрицы Примечание. Составлено авторами.

Рис. 4. Температурная секторальная диагностика Примечание. Составлено авторами.

Проектируемое расположение точек-датчиков в виде матрицы, которые подключены через разъем к устройству контроля с помощью информационных технологий [2; 3]. Матрица температурного контроля накладывается на рамку улья. Структура мониторинга и диагностики представлена на рисунке 5.

Датчики температуры проектируются с точкой чувствительности, чтобы возможно было получить графическую картину (рис. 6).

На основе графического отображения можно увидеть тепловизорное изображение, которое на экране монитора АРМ-пчеловоду позволяет оперативно анализировать об- становку замкнутого пространства и принимать управленческие решения [4]. Кроме того, температурные датчики являются «приемными» устройствами внутреннего пространства и окружающей среды, то есть не влияют на биологические организмы пчелосемьи. Таким образом, диагностики с помощью температурных изменений и перемещений температурного «облака» позволяют оценить состояние пчелосемьи и повысить оперативное время принятия решений. Особенно это актуально в период зимовки или резких изменений внешних условий. Пчелиный «клуб» при диагностике функциони-

Рис. 5. Структура температурной диагностики на рамке улья:

t 1 – температура центр; t 2 – температура границ; t 3 – температура окружности Примечание. Составлено авторами.

Рис. 6. Графическое отображение колебаний температуры Примечание. Составлено авторами.

рования пчелосемьи можно сравнивать с барометром биологического организма, который позволяет без сильного вмешательства делать заключение о состоянии параметров температурных изменений и перемещений. Это дает возможность запоминания температурных параметров, отслеживать жизненный цикл зимовки через оценочный пояс (рис. 7).

Оценочный пояс можно подвергать программному анализу и хранению, а по весеннему модулю 4 оценивается будущая работа пчелосемьи, и при необходимости будет оказываться специализированная «помощь». Матричный датчик температуры предлагается проектировать мобильно-регулируемым, то есть температурные датчики (.t) можно пе- ремещать по «строкам» и «столбцам» матрицы (рис. 8).

Возвратные пружины (рис. 8) позволяют матрицу датчиков температуры держать в режиме «натяжения», тем самым улучшать качественный показатель температуры и точность места измерения на рамке улья. Питание температурных датчиков осуществляется от солнечных батарей (СБ). Кроме отображения температурного сегмента «клуба» – пчелосемьи на мониторе предлагается обрабатывать эту информацию с построением графических измерений по строкам (рис. 9).

Теоретические исследования и анализ научных работ, расчеты, а также подтверждения практикующих пчеловодов Карачаево-Черкесской республики и Ставропольского

№ модуля

Рис. 7. Диагностический температурный оценочный пояс Примечание. Составлено авторами.

Рис. 8. Перемещение датчиков по матрице Примечание. Составлено авторами.

Рис. 9. Графический анализ изменения температуры по строкам матрицы Примечание. Составлено авторами.

края подтвердили взаимосвязь между температурным режимом замкнутого пространства улья и нахождением углекислого газа при зимовке. Показания температур было в пределах от -3 до +10 ° С, а первая половина зимовки показала концентрацию с коэффициентом корреляции 0,48. Во второй половине зимовки коэффициент корреляции снизился до 0,038. Это объясняется изменением физиологического состояния пчелосемьи, появлением личинок и, как следствие, потреблением кислорода, а отсюда потребностью в вентиляции улья и поддержании стабильного температурного режима в «клубе», а особенно в зонах расплода.

Исследования показали, что применение матричного датчика температур повышает качество секторальной диагностики размещенного на рамке пчелиного «клуба», оценочный пояс позволяет уточнять перемещения оценочных характеристик.