Результаты экспериментальных исследований устройства для мониторинга насекомых-вредителей

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 Uзар=f(t) и Uфэп=f(t), зависимости напряжения на зажимах АКБ (PS-12120) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 13 Вт (TPS-936) без нагрузки от времени и зависимости напряжения на зажимах АКБ (PS-12120) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 28 Вт (TPS-936М) без нагрузки от времени.

• 2.    Исследование зависимостей E=f(t) и I=f(t), зависимости освещенности и тока зарядки, протекающего от ФЭП к АКБ (PS-12120), от времени.

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

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

• 5.    Исследование зависимостей U=f(t) и I=f(t), 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 TPS-936A(13 Вт), две АКБ PS-12120 емкостью 7 A·ч и однощелевые светоловушки. Испытания проводились отдельно при работе стенда с ФЭП TPS-936M (28 Вт) и с ФЭП TPS-936A(13 Вт). В обоих случаях ФЭП работали в паре с АКБ марки PS-12120, а нагрузкой служили три параллельно включенные светоло-вушки.

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 Uзар=f(t) 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%).

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

Рис. 3. Зависимость напряжения на зажимах АКБ (PS-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 E=f(t) и I=f(t) 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 (TPS-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: P=U*I.

Зависимость освещения и тока от времени

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

Е, лк         P, мВт (ФЭП TPS-936A, 13 Вт)         P, мВт (ФЭП TPS-936M, 28 Вт)

Рис. 5. Зависимость освещенности и мощности, потребляемой АКБ (PS-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 (TPS-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.

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

Интервал времени, мин

W, Вт∙ч (от ФЭП TPS-936A, 13 Вт)              ^, W, Вт∙ч (от ФЭП TPS-936М, 28 Вт)

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

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

Исследование напряжения на зажимах АКБ при разрядке и потребляемом светоловушками током. Результаты исследований зависимостей U=f(t) и I=f(t) представлены на рисунке 7. Анализ зависимостей U=f(t) и I=f(t) 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

Исследование зависимости мощности АКБ в период работы светоловушки. Результаты исследований зависимости P=f(t) представлены на рисунке 8.

Анализ зависимости P=f(t) 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.

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

Исследование зависимости энергии, потребляемой светоловушками от аккумуляторной батареи. Результаты исследований зависимости W=f(t) представлены на рисунке 9.

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

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

Выводы

• 1.    Разработан экспериментальный стенд для проведения комплексных исследований устройства для

• 2.    Составлена программа экспериментальных исследований и методика их проведения.

мониторинга насекомых-вредителей.