Устройство для магнитно-импульсной обработки растений
DEVICE FOR MAGNETIC-PULSE PLANT TREATMENT

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к средствам стимуляции развития и роста растений путем их обработки импульсами магнитной индукции.
Известно устройство, которое состоит из формирователя импульсов электрического тока и излучателя магнитного поля. Формирователь содержит блок питания, конденсаторный накопитель электрической энергии, ключевой блок и блок управления ключевым устройством. Блок питания соединен с конденсаторным накопителем и блоком управления ключевым блоком, который подключен к управляющему входу ключевого блока, а конденсаторный накопитель и последовательно соединенный с ним ключевой блок подключены на выходе формирователя к излучателю магнитного поля, выполненному в виде соленоида. На вход формирователя подается переменное напряжение промышленной сети 220 В, 50 Гц. В течение положительного полупериода ключевой блок закрыт и происходит заряд конденсаторного накопителя через блок питания. В отрицательный полупериод блок открывает ключевой блок и происходит разряд конденсаторного накопителя на соленоид, что создает импульс магнитного поля в излучателе (Патент РФ №2083070, опуб. 10.07.1997, кл. А01С 1/00. Способ предпосевной обработки семян и устройство для его осуществления).
Однако это устройство может работать только на одной частоте следования магнитных импульсов - 50 Гц и не позволяет проводить обработку растений в бегущем и вращающем магнитном поле.
Известно также устройство для магнитно-импульсной обработки растений, содержащее источник бесперебойного питания, первым выходом соединенный с первым входом стабилизированного блока питания, а через ограничитель тока и первый ключ с первым выводом входа схемы выпрямителя, второй выход источника бесперебойного питания соединен со вторыми выводами входов стабилизированного блока питания и схемы выпрямителя, минусовые выводы выходов которых соединены общей шиной со вторыми выводами первых индикатора напряжения и накопительного конденсатора, второго и третьего ключей, общая шина и плюсовый вывод стабилизированного блока питания подключены к цепи питания логических элементов и блоков, первые выводы первых индикатора напряжения и накопительного конденсатора соединены с первым выводом первой катушки индуктора, второй вывод которой соединен с первым выводом второго ключа, управляющий вход которого подключен к выходу первого усилителя-формирователя, второй усилитель-формирователь, выходом соединенный с управляющим входом третьего ключа, пульт управления, подключенный к управляющему входу цифрового таймера, выход которого соединен с входом элемента НЕ и через элемент гальванической развязки соединен с управляющим входом первого ключа, задающий генератор, выходом соединенный со счетным С-входом делителя частоты, m-выходов которого подключены к m-входам коммутатора, первый диод и первый одновибратор, в него дополнительно введены четырехразрядный двоичный счетчик, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой диоды, второй, третий, четвертый, пятый и шестой одновибраторы, вторые, третьи и четвертые накопительные конденсаторы, индикаторы напряжения и катушки индуктора, третьи и четвертые усилители-формирователи и ключи, блок звуковой сигнализации, при этом аноды первого, второго, третьего и четвертого диодов соединены с плюсовым выводом выхода схемы выпрямителя, катод первого диода соединен с первым выводом первого накопительного конденсатора, катоды второго, третьего и четвертого диодов соединены с первыми выводами соответственно вторых, третьих и четвертых накопительных конденсаторов, индикаторов напряжения и катушек индуктора, второй вывод второй катушки индуктора соединен с первым выводом третьего ключа, а вторые выводы третьей и четвертой катушек индуктора соответственно через четвертый и пятый ключи соединены с общей шиной, вход цифрового таймера подключен к выходу задающего генератора, выход коммутатора соединен со счетным С-входом четырехразрядного двоичного счетчика, первый и второй выходы которого через первый и второй одновибраторы соединены с входами первого и второго усилителей-формирователей, а третий и четвертый выходы четырехразрядного двоичного счетчика через последовательно соединенные третьи и четвертые одновибраторы и усилители-формирователи соответственно соединены с управляющими входами четвертого и пятого ключей, выход элемента НЕ соединен с R-входами делителя частоты и четырехразрядного двоичного счетчика, входом пятого одновибратора, а через шестой одновибратор соединен с входом блока звуковой сигнализации, выход пятого одновибратора соединен с анодами пятого, шестого, седьмого и восьмого диодов, катоды которых подключены к входам соответственно первого, второго, третьего и четвертого усилителей-формирователей, а индуктор выполнен в виде полого каркаса, на поверхности которого размещены четыре изолированные многовитковые секционные катушки с возможностью изменения расстояния между ними и переустановки их с последующей фиксацией относительно друг друга (Патент РФ №2268579, опуб. 27.01.2006, кл. А01G 7/04. Устройство для магнитно-импульсной обработки растений).
Однако данное устройство для магнитно-импульсной обработки растений может использоваться для осуществления на растения только одновременного воздействия периодической последовательностью заранее установленного количества однополярных с экспоненциальным спадом импульсов магнитной индукции четырех разных частот сразу на четыре различные части растения с помощью использования сложного индуктора в виде полого каркаса, на поверхности которого размещены четыре изолированные многовитковые секционные катушки с возможностью изменения расстояния между ними и их переустановки. Оно непригодно для обработки растений в режиме сканирования частоты следования импульсов магнитной индукции в широком диапазоне частот и не может быть использовано для получения как бегущего, так и вращающего магнитных полей, обладающих, как известно, наибольшим количеством биотропных параметров.
Наиболее близким техническим решением из известных является устройство для магнитно-импульсной обработки растений, содержащее источник бесперебойного питания, выходом соединенный с входом стабилизированного блока питания, плюсовый и общий выводы которого подключены к цепи питания логических элементов, схем и блоков, а через первый тумблер выходом соединенный с входом первого источника высокого напряжения, минусовый вывод которого соединен с общей шиной, связанной с входом элемента ограничения тока, первый и второй ключи, управляющие входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго драйвера, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой диоды, вход первого ключа соединен с плюсовым выводом первого источника высокого напряжения, а выход с анодом первого диода, катод которого соединен с первым выводом первого накопительного конденсатора, с катодом второго диода и первым выводом третьего ключа, второй вывод которого соединен с анодом второго и катодом третьего диодов, с первым выводом четвертого ключа, а через последовательно соединенные первичную обмотку трансформатора тока и обмотку индуктора со вторым выводом первого накопительного конденсатора, второй вывод четвертого ключа соединен с анодом третьего диода, при этом вторичная обмотка трансформатора тока через активный выпрямитель подключена к индикатору тока разряда, программируемый задающий генератор, подключенный через усилитель-ограничитель с гальванической развязкой к формирователю сигналов управления, четвертый и пятый выводы которого подключены к первым выводам соответственно первого и второго, синхронно связанных коммутаторов, второй и третий выводы которых соединены вместе и подключены к шестому выводу формирователя сигналов управления, а их четвертые выводы соответственно через третий и четвертый драйверы подключены к управляющим входам третьего и четвертого ключей, усилитель постоянного напряжения, выходом подключенный к первому входу устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика опорного уровня, одновибратор, пульт управления, подключенный к управляющему входу цифрового таймера, выход которого соединен через элемент «НЕ» с входом блока звуковой сигнализации, в него дополнительно введены второй источник высокого напряжения, входом связанный с входом первого источника высокого напряжения, плюсовый вывод второго источника высокого напряжения подключен к общей шине, а минусовый вывод к входу второго ключа, выход которого соединен с катодом четвертого диода, анод которого соединен со вторыми выводами четвертого ключа и второго накопительного конденсатора, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого накопительного конденсатора, второй и третий тумблеры, первые выводы которых подключены соответственно к катоду пятого и аноду шестого диодов, а вторые выводы соединены соответственно с первым и вторым выводами первого и второго накопительных конденсаторов, анод пятого и катод шестого диодов соединены вместе и подключены ко второму и первому выводам соответственно первого и второго накопительных конденсаторов, регулятор тока заряда, входом связанный с выходом элемента ограничения тока, а выходом со вторым и первым выводами соответственно третьего и четвертого ключей, датчик Холла, размещенный в рабочей области индуктора и подключенный через усилитель импульсов к входу пикового детектора, выход которого через формирователь абсолютного значения соединен с входом усилителя постоянного напряжения, третий и четвертый коммутаторы, синхронно связанные с первым и вторым коммутаторами, первый и второй элементы «И», первые входы которых соединены вместе и через резистор подключены к выходу цифрового таймера, четвертый тумблер, первый вывод которого подключен к первым входам первого и второго элементов «И», а второй его вывод соединен с общим выводом, первые выводы третьего и четвертого коммутаторов соединены соответственно с первым и вторыми выводами формирователя сигналов управления, третий вывод которого соединен со вторым и третьими выводами соответственно третьего и четвертого коммутаторов, а через одновибратор соединен с управляющим входом сброса пикового детектора, третий и второй выводы соответственно третьего и четвертого коммутаторов подключены к общему выводу, а их четвертые выводы соединены со вторыми входами соответственно первого и второго элементов «И», выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго драйверов (см. Патент РФ №2573349, опуб. 20.01.2016, кл. А01G 7/04. Устройство для магнитно-импульсной обработки растений - прототип).
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства с расширенными функциональными возможностями за счет обеспечения многообразного воздействия на растения неподвижного, вращающего или бегущего импульсного магнитного поля (ИМП) и изменения их пространственно-динамических характеристик путем выбора расположения излучателей в увеличенном пространстве рабочей зоны воздействия, пригодного для осуществления воздействия на растения периодической последовательностью импульсов магнитной индукции заданной амплитуды как с экспоненциальным спадом, так и в виде пакетов свободно затухающих синусоидальных колебаний, с возможностью частотного сканирования в низкочастотном диапазоне, а также определения активных частот воздействия и проведения обработки как в режиме реального времени, так и с помощью предварительно подготовленных программ обработки, нацеленных на определенные культуры растений для повышения объема и качества продукции растениеводства.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для магнитно-импульсной обработки растений, содержащее источник бесперебойного питания, выходом соединенный с первым выводом первого тумблера и входом стабилизированного блока питания, плюсовый и общий выводы которого подключены к цепи питания логических элементов, схем и блоков, мостовой выпрямитель, минусовый вывод которого соединен с общей шиной, связанной со вторым выводом накопительного конденсатора, вход первого электронного ключа соединен с плюсовым выводом мостового выпрямителя, а выход с анодом первого диода, первый вывод накопительного конденсатора соединен с первыми выводами второго тумблера, первого индуктора, первой, второй, третьей и четвертой катушек второго индуктора, вторые выводы первого индуктора, первой, второй, третьей и четвертой катушек второго индуктора подключены к катодам соответственно второго, третьего, четвертого, пятого и шестого диодов и к первым выводам соответственно второго, третьего, четвертого, пятого и шестого электронных ключей, вторые выводы которых соединены с анодами соответственно второго, третьего, четвертого, пятого и шестого диодов, индикатор тока разряда первого индуктора, программируемый задающий генератор, подключенный через усилитель-ограничитель с гальванической развязкой к входу формирователя сигналов управления, первый вывод которого через первый драйвер подключен к управляющему входу первого электронного ключа, а третий и четвертые выводы соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов «И», выходы которых через третий и четвертый драйверы соединены с управляющими входами соответственно третьего и четвертого электронных ключей, второй, пятый и шестой драйверы, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно второго, пятого и шестого электронных ключей, двухпозиционный переключатель, второй и пятый выводы которого соединены с общим выводом, резистор, пульт управления, подключенный к управляющему входу цифрового таймера, выход которого соединен с управляющим входом формирователя сигналов управления, а через элемент «НЕ» с входом блока звуковой сигнализации, в него дополнительно введены регулируемый высокочастотный импульсный преобразователь напряжения, входом соединенный со вторым выводом первого тумблера, первый вывод высокого переменного напряжения которого соединен с первым выводом мостового выпрямителя, а второй вывод высокого переменного напряжения через последовательно включенный высокочастотный дроссель соединен со вторым выводом мостового выпрямителя, датчик тока заряда первым выводом соединенный с катодом первого диода, третий индуктор, шунтированный обратно включенным седьмым диодом, при этом первый вывод третьего индуктора соединен со вторым выводом датчика тока заряда, а вторым выводом с первым выводом накопительного конденсатора, индикатор тока заряда, подключенный к выходу датчика тока заряда, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый диоды, катоды которых соединены со вторым выводом второго тумблера, а их аноды соответственно соединены с первыми выводами второго, третьего, четвертого, пятого и шестого электронных ключей, первый, второй, третий, четвертый и пятый датчики тока разряда, включенные последовательно между вторыми выводами соответственно второго, третьего, четвертого, пятого и шестого электронных ключей и общей шиной, блок индикации тока разряда катушек второго индуктора, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами второго, третьего, четвертого и пятого датчиков тока разряда, выход первого датчика тока разряда соединен с входом индикатора тока разряда первого индуктора, третий и четвертый элементы «И», выходы которых соединены с входами соответственно пятого и шестого драйверов, а первые входы соединены соответственно с пятым и шестым выводами формирователя сигналов управления, второй вывод которого соединен с первым выводом двухпозиционного переключателя, шестой вывод которого через резистор подключен к плюсовому выводу стабилизированного блока питания, а четвертый вывод двухпозиционного переключателя соединен со вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов «И», индикатор времени экспозиции, подключенный к выходу цифрового таймера, при этом первый и третий индукторы выполнены в виде плоских катушек спиральной намотки, а второй индуктор в виде четырех отдельных плоских квадратных катушек, заключенных в отдельные пластмассовые оболочки.
Технический результат выражается в том, что благодаря введенным в предлагаемое устройство регулируемого высокочастотного импульсного преобразователя напряжения, высокочастотного дросселя, датчика тока заряда с индикатором тока заряда, третьим индуктором, шунтированным обратно включенным седьмым диодом, индикатором времени экспозиции, третьим и четвертым элементам «И», восьмому, девятому, десятому, одиннадцатому и двенадцатому диодам, первому, второму, третьему, четвертому и пятому датчикам тока разряда, блоку индикации тока разряда катушек второго индуктора и их электрическим связям, а также многовариантности компоновок использования первого, второго и третьего индукторов в увеличенном пространстве рабочей зоны воздействия удалось получить широкий набор конфигураций неподвижного, вращающегося и бегущего ИМП и при этом осуществить целевое программное воздействие на культуры растений периодической последовательностью импульсов магнитной индукции заданной амплитуды как с экспоненциальным спадом, так и в виде пакетов свободно затухающих синусоидальных колебаний, с возможностью частотного сканирования в низкочастотном диапазоне с индикацией времени воздействия. Это позволяет усилить обменные процессы благодаря поляризационным, магнито-гидродинамическим эффектам, возникающим в тканях в результате движения искусственно созданных информационных сложно модулированных электромагнитных полей, влиять на функциональное состояние растений, проводить исследования электродинамических свойств биоткани, проводить выявление и фиксацию активных частот воздействия на растения для стимуляции обменных процессов и адаптации растений к внешнему фактору среды.
Новизна предложенного технического решения состоит во введенных в предлагаемое устройство новых элементах, их электрических связях, электрических преобразованиях, а также многовариантности компоновки индукторов и неадекватного частотного воздействия магнитных импульсов на растения.
Проведенный нами анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить отсутствие технического решения в источниках, характеризующихся признаками, тождественными признакам предложенного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому нами техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Результаты проведенного дополнительного поиска известных решений показали, что заявленное изобретение не содержит признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства.
Следовательно, заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, а является результатом творческого труда авторов изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
Устройство для магнитно-импульсной обработки растений поясняется чертежом, где на фиг. 1 дана электрическая структурная схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства, на фиг. 3 - варианты пространственной компоновки индукторов с учетом очередности их коммутации, на фиг. 4 - осциллограммы импульсов магнитной индукции, излучаемых индукторами (поз. 2), и сигнала управления (поз. 1) экспериментального образца устройства: а - осциллограмма импульсов магнитной индукции с экспоненциальным спадом, излучаемых третьим индуктором; б, в - осциллограммы импульсов магнитной индукции в виде пакетов свободно затухающих синусоидальных колебаний и импульсов с экспоненциальным спадом, излучаемых как первым, так и вторым индукторами.
Устройство для магнитно-импульсной обработки растений содержит источник бесперебойного питания 1, выходом соединенный с входом стабилизированного блока питания 2, плюсовый и общий выводы которого подключены к цепи питания логических элементов, схем и блоков, а через первый тумблер 3 выходом соединенный с входом регулируемого высокочастотного импульсного преобразователя напряжения 4, первый вывод высокого переменного напряжения которого соединен с первым выводом мостового выпрямителя 5, а второй вывод высокого переменного напряжения через последовательно включенный высокочастотный дроссель 6 соединен со вторым выводом мостового выпрямителя 5. Первый электронный ключ 6, управляющий вход которого соединен с выходом первого драйвера 7. Вход первого электронного ключа 6 соединен с плюсовым выводом высокого напряжения (+U1) мостового выпрямителя 5, а выход с анодом первого диода 8, катод которого через датчик тока заряда 9, выход которого связан с индикатором тока заряда 10, соединен через третий индуктор 11, шунтированный обратно включенным седьмым диодом 12, с первыми выводами накопительного конденсатора 13, второго тумблера 14, первого индуктора 15, первой, второй, третьей и четвертой катушек 16, 17, 18 и 19 второго индуктора 20. Вторые выводы первого индуктора 15, первой, второй, третьей и четвертой катушек 16, 17, 18 и 19 второго индуктора 20 соединены с анодами восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого диодов 21, 22, 23, 24 и 25, а также с первыми выводами второго, третьего, четвертого, пятого и шестого электронных ключей 26, 27, 28, 29 и 30, вторые выводы которых через первый, второй, третий, четвертый и пятый датчик тока разряда 31, 32, 33, 34 и 35 подключены к общей шине, соединенной со вторым выводом накопительного конденсатора 13 и минусовым выводом высокого напряжения (-U1) мостового выпрямителя 5. Выход первого датчика тока разряда 31 соединен с индикатором тока разряда 36 первого индуктора 15, а выходы второго, третьего, четвертого и пятого датчиков тока разряда 32, 33, 34 и 35 соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выводами блока индикации тока разряда 37 катушек 16, 17, 18 и 19 второго индуктора 20. Катоды восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого диодов 21, 22, 23, 24 и 25 соединены со вторым выводом второго тумблера 14. Второй, третий, четвертый, пятый и шестой диоды 38, 39, 40, 41 и 42 соединены в обратном включении между первым и вторым выводами соответственно второго, третьего, четвертого, пятого и шестого электронных ключей 26, 27, 28, 29 и 30, управляющие входы которых соединены с выходами соответственно второго, третьего, четвертого, пятого и шестого драйверов 43, 44, 45, 46 и 47, входы которых соответственно соединены с третьим выводом двухпозиционного переключателя 48 и с выходами первого, второго, третьего и четвертого элементов «И» 49, 50, 51 и 52, вторые входы которых соединены с четвертым выводом двухпозиционного переключателя 48, второй и пятый выводы которого соединены с общим выводом стабилизированного блока питания 2, а шестой вывод через резистор 53 присоединен к его плюсовому выводу (+U2). Первый вывод двухпозиционного переключателя 48 соединен со вторым выводом формирователя сигналов управления 54, первый вывод которого соединен с входом первого драйвера 7, а третий, четвертый, пятый и шестой выводы соответственно соединены с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов «И» 49, 50, 51 и 52. Программируемый задающий генератор 55 с функцией сканирования частоты, подключенный через усилитель-ограничитель с гальванической развязкой 56 к входу формирователя сигналов управления 54. Пульт управления 57, соединенный с управляющим входом цифрового таймера 58, выход которого соединен с индикатором времени экспозиции 59, с управляющим входом формирователя сигналов управления 54, а через элемент «НЕ» 60 соединен с блоком звуковой сигнализации 61.
Устройство работает следующим образом.
В зависимости от поставленной цели воздействия на растения импульсами магнитной индукции в одночастотном режиме или со сканированием частоты используют четыре основных вида ИМП: неподвижное, вращающееся, бегущее и их сочетание с дополнительной компонентой неподвижного ИМП.
Перед обработкой растения размещают в рабочей области используемых при этом индукторов первого 15, второго 20 и третьего 11. Первый и третий индукторы 15 и 11 выполнены на основе плоских многовитковых катушек спиральной намотки, второй индуктор 20 включает четыре отдельные плоские квадратные катушки 16, 17, 18 и 19, которые могут компоноваться в различные пространственные композиции (фиг. 3) в зависимости от поставленной цели обработки.
При обработке растений в неподвижном ИМП используют первый индуктор 15 или в сочетании его с третьим индуктором 11 (фиг. 3, поз. з), при этом двухпозиционный переключатель 48 устанавливают в положение «Инд.-1» (на фиг. 1 номера входов, положений переключателей указаны на их контактах и вне их графических изображений).
При обработке растений во вращающемся или бегущем ИМП двухпозиционный переключатель 48 устанавливают в положение «Инд.-2» (фиг. 1) и используют первую, вторую, третью и четвертую плоские квадратные катушки 16, 17, 18 и 19 второго индуктора 20, выбирая одну из комбинаций их компоновки (фиг. 3, поз. а, б, в, е, ж), а также в сочетании с третьим индуктором 11 (фиг. 3, поз. г, д).
х
х
с
с
с
х
э
При обработке растений импульсами магнитной индукции какой-либо одной частотой F=1/Т с помощью программируемого генератора 55 с функцией сканирования частоты задают частоту F=1/Т импульсов прямоугольной формы на его выходе, равной F=10⋅F, а необходимое время экспозиции, равное τ, устанавливают, используя пульт управления 57, подключенный к управляющему входу цифрового таймера 58.
с
x
Инициализируют начало работы устройства переводом первого тумблера 3 в замкнутое положение и последующим запуском цифрового таймера 58 с пульта управления 57. При этом с выхода программируемого задающего генератора 55 напряжение частоты, равной F=10⋅F, в виде серии прямоугольных импульсов (фиг. 2, поз. 62) поступает через усилитель-ограничитель с гальванической развязкой 56 на вход формирователя сигналов управления 54, который на основе использования, например, логических элементов и пересчетных схем формирует на своих шести выводах управляющие сигналы напряжения прямоугольной формы (фиг. 2, поз. 66, 69, 72-75).
з
c
сm
з
з
Сигнал прямоугольной формы длительности τ=6⋅Т с первого вывода формирователя сигналов управления 54 (фиг. 2, поз. 66) через первый драйвер 7 управляет работой первого электронного ключа 6. При этом заданное с помощью широтно-импульсного (ШИМ) регулятора переменное напряжение высокой частоты (30-60 кГц) с выхода регулируемого высокочастотного импульсного преобразователя 4 через последовательно включенный высокочастотный дроссель 6 поступает на вход мостового выпрямителя 5. Высокое напряжение с плюсового выхода (+U1) мостового выпрямителя 5 заряжает накопительный конденсатор 13 до значения U в течение времени t=τ (фиг. 2, поз. 67) по цепи: открытый первый электронный ключ 6, первый диод 8, датчик тока заряда 9, обмотка катушки третьего индуктора 11, накопительный конденсатор 13, общая шина, подключенная к выводу (-U1) мостового выпрямителя 5, при этом высокочастотный дроссель 6 выполняет функцию ограничителя тока заряда накопительного конденсатора 13.
При протекании тока заряда через обмотку катушки третьего индуктора 11 в нем возникает импульс магнитной индукции, имеющий экспоненциальный спад (фиг. 2, поз. 68) благодаря седьмому диоду 12, включенному в обратном направлении параллельно обмотке катушки третьего индуктора 11. Резистивный датчик тока заряда 9 совместно с подключенным к нему индикатором 10 обеспечивает индикацию прохождения тока заряда через третий индуктор 11 на накопительный конденсатор 13.
р
с
з
с
к
Прямоугольные импульсы длительности τ=τ, задержанные на время τ+Т (Фиг. 2, поз. 69) со второго вывода формирователя сигналов управления 54 через замкнутые первый и третий контакты двухпозиционного переключателя 48 (находится в положении «Инд.-1») и второй драйвер 43 поступает на управляющий вход второго электронного ключа 26 (в качестве электронных ключей 26-30 используются тиристоры), открывая его, при этом происходит разряд накопительного конденсатора 13 через обмотку катушки первого индуктора 15 и первый датчик тока разряда 31 (резистивного типа) за время τ (Фиг. 2, поз. 70, 71). В результате протекания через первый датчик разряда 31 и обмотку катушки первого индуктора 15 разрядного тока в ней возникает импульс магнитной индукции в виде пакета затухающего синусоидального колебания (Фиг. 2, поз. 70), который воздействует на растения, размещенные в рабочей области первого индуктора 15. Индикатор тока разряда первого индуктора 36, подключенный к первому датчику тока разряда 31, индицирует прохождение импульса тока разряда через катушку первого индуктора 15 световой вспышкой. Для получения в первом индукторе 15 импульсов магнитной индукции с экспоненциальным спадом (фиг. 2, поз. 71) второй тумблер 14 переводят в замкнутое состояние, присоединяя параллельно катушке первого индуктора 15 демпферный восьмой диод 21 в обратном включении.
х
При нахождении двухпозиционного переключателя 48 в положении «Инд.-1» обработка растений, расположенных на первом и третьем индукторах 15 и 11 в неподвижном ИМП, проводится только при их раздельном использовании. При их совместном использовании, когда растения расположены на одном из них (например, фиг. 3 поз. з), обработка растений будет осуществляться чередующимися импульсами магнитной индукции, задержанными относительно друг друга на время равное 0.7⋅Т (фиг. 2, поз. 68, 70, 71) в двух взаимно перпендикулярных направлениях из-за взаимного расположения первого и третьего индукторов 15 и 11.
При замкнутых выводах 4 и 5 двухпозиционного переключателя 48 (положение «Инд.-1») второй индуктор 20 находится в отключенном состоянии благодаря низкому потенциалу на вторых входах первого, второго, третьего и четвертого элементов «И» 49, 50, 51 и 52.
х
х
х
х
э
При обработке растений во вращающемся или бегущем ИМП двухпозиционный переключатель 48 устанавливают в положение «Инд.-2». При этом на входе второго драйвера 43 устанавливается низкий потенциал, в результате второй электронный ключ 26 закрывается, и первый индуктор 15 отключается, а через замкнутые четвертый и шестой выводы двухпозиционного переключателя 48 и резистор 53 на вторые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов «И» 49, 50, 51 и 52 поступает высокий потенциал, разрешающий прохождение через них, а также прохождение через третий, четвертый, пятый и шестой драйверы 44, 45, 46 и 47 поочередно следующих (с задержкой на период Т) прямоугольных импульсов с третьего, четвертого, пятого и шестого выводов формирователя сигналов управления 54 (фиг. 2, поз. 72-75) на управляющие входы третьего, четвертого, пятого и шестого электронных ключей 27, 28, 29 и 30, поочередно открывающих их с периодом Т. В результате происходит поочередный разряд (с периодом Т) предварительно заряженного накопительного конденсатора 13 через первую, вторую, третью и четвертую обмотки катушек 16, 17, 18 и 19 второго индуктора 20 и соответственно через второй, третий, четвертый и пятый датчики тока разряда (например, резистивного типа) 32, 33, 34 и 35 на общую шину. В результате поочередного прохождения импульсов разрядного тока через обмотки первой, второй, третьей и четвертой катушек 16, 17, 18 и 19 второго индуктора 20 в каждой поочередно (с периодом Т) возникает импульс магнитной индукции в виде пакета затухающего синусоидального колебания (фиг. 2, поз. 76-79), которые воздействует на растения, размещенные в рабочей области индуктора 20 на протяжении времени экспозиции τ (фиг. 2, поз. 63).
ск
1/2
Второй, третий, четвертый, пятый и шестой диоды 38, 39, 40, 41 и 42 служат для защиты соответственно второго, третьего, четвертого, пятого и шестого электронных ключей 26, 27, 28, 29 и 30 от обратного напряжения и обеспечивают прохождение обратных полуволн напряжения при колебательном разряде накопительного конденсатора 13. Это способствует более эффективному использованию энергии. Частота затухающего синусоидального колебания в пакете определяется из выражения: F=1/(L⋅С), где L - индуктивности [Гн] используемых катушек первого и второго индукторов 15 и 20, а С - емкость [Ф] накопительного конденсатора 13.
Для получения во втором индукторе 20 положительных импульсов магнитной индукции с экспоненциальным спадом (фиг. 2, поз. 80-83) второй тумблер 14 переводят в замкнутое состояние, присоединяя параллельно к первой, второй, третьей и четвертой катушкам 16, 17, 18 и 19 второго индуктора 20 соответственно девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый демпферные диоды 22, 23, 24 и 25 в обратном включении.
Блок индикаторов тока разряда 37 второго индуктора 20, подключенный ко второму, третьему, четвертому и пятому датчикам тока разряда 32, 33, 34 и 35, индицирует поочередное прохождение импульсов тока разряда накопительного конденсатора 13 последовательно через первую, вторую, третью и четвертую катушки 16, 17, 18 и 19 второго индуктора 20 (например, последовательно чередующимися световыми вспышками).
э
зв
Процесс обработки окончательно завершается с приходом заднего строб-импульса длительности τ с выхода цифрового таймера 58 (фиг. 2, поз. 63), который своим задним фронтом останавливает работу формирователя сигналов управления 54, прерывая открывание всех электронных ключей 6, 26-30, процесс останавливается. При этом индикатор времени экспозиции 59 останавливается (гаснет, если используется светодиодный индикатор), а блок звуковой сигнализации 61 из поступившего на его вход скачка напряжения с выхода элемента «НЕ» 60 (фиг. 2, поз. 64) формирует звуковой сигнал длительности τ (фиг. 2, поз. 65), который извещает в течение нескольких секунд, что процесс обработки растений закончен.
Применение в устройстве единственного накопительного конденсатора 13 с использованием регулируемого высокочастотного импульсного преобразователя 4 с ШИМ регулятором его выходного переменного напряжении высокой частоты и высокочастотным дросселем 6 позволяет значительно уменьшить габариты и вес устройства. Независимая компоновка индукторов 11, 15 и 20 делает устройство универсальным с существенно расширенными возможностями в проведении как производственных, так и научных работ для получения новых знаний в сельскохозяйственной науке и биологии. Дает возможность производству одномоментно обрабатывать большие партии растений, повышая производительность труда.
Автономность устройства достигается благодаря использованию источника бесперебойного питания 1, что существенно при работе устройства в полевых условиях.
Некоторые примеры пространственной компоновки и очередности коммутации плоских прямоугольных катушек 16, 17, 18 и 19 второго индуктора 20 и варианты их сочетанного использования с третьим индуктором 11 при реализации воздействия на растения вращающимися и бегущими импульсами магнитной индукции представлены на фиг. 3: поз. а - правовращающееся ИМП в горизонтальной плоскости; поз. б - ИМП как в предыдущем примере, но с дополнительной аксиальной составляющей; поз. в - левовращающееся ИМП в вертикальной плоскости; поз. г - перекрестное ИМП с дополнительной вертикальной составляющей благодаря применению третьего индуктора 11; поз. д - бегущая горизонтальная составляющая ИМП с дополнительной вертикальной составляющей, создаваемой третьим индуктором 11; поз. е - бегущее горизонтально ИМП в направлении, противоположном по сравнению с предыдущим примером; поз. ж - бегущее ИМП с комбинацией вертикальной и горизонтальных составляющих.
Для определения значений частот, влияющих на функциональную активность обрабатываемых культур растений, например, по фиксации у растения скачка потенциала действия или изменения импеданса во время их обработки импульсами магнитной индукции в той или иной конфигурации ИМП, создаваемого пространственной компоновкой и коммутацией катушек индукторов (11, 15 и 20), программируемый задающий генератор 55 переводят в режим сканирования или свипирования по частоте. В качестве программируемого задающего генератора 55 использовался компьютер (ноутбук) с утилитой генератора (утилитой NСН Тоnе Generator, разработанный в Австралии), преобразующий компьютер в генератор прямоугольных импульсов с функцией сканирования и свипирования частоты. При этом управляющий сигнал на вход усилителя-ограничителя с гальванической развязкой 56 подается с выхода звуковой карты ноутбука. Это дает возможность использовать сканирование и свипирование по частоте импульсов магнитной индукции как модулированных затухающими синусоидальными колебаниями, так и импульсов магнитной индукции с экспоненциальным спадом для выявления активных частот воздействия и применения их в целевых программах обработки для получения наибольшего положительного эффекта стимуляции обменных процессов и адаптации к внешнему фактору среды у растений определенной культуры.
Бегущее импульсное магнитное поле, обладающее наибольшим числом биотропных параметров, создается тогда, когда управляющие импульсы поочередно включают магнитные излучатели с частотой, наиболее соответствующей биологическим частотам биообъекта. Передаваемое от одного излучающего элемента к другому импульсное магнитное поле перемещается, «пробегает» вдоль расположения источников излучения по стеблю растения или вокруг его «вращается», что приводит к усилению его биоактивных свойств. Динамика бегущего и вращающегося импульсного магнитного поля такова, что за время экспозиции не происходит адаптации растения к воздействию импульсов магнитного индукции. Более того, так как в устройстве в одном из режимов импульсы магнитной индукции формируются токами, имеющими вид свободно затухающих синусоидальных колебаний с частотой от 100 до 1000 Гц, они могут оказывать еще и размагничивающее действие на ткани растений, выводя их на стадию активации. Благодаря вращающимся импульсным магнитным полям (ИМП) появляется возможность инициирования в глубине тканей растений без их повреждений электрических полей и токов, большой интенсивности, что позволяет получить дополнительно выраженный биостимулирующий эффект действия. В зависимости от направления вращения ИМП возможно выявление изменений биологических эффектов, обусловленных киральной асимметрией, что очень важно для получения новых знаний.
Предлагаемое техническое решение промышленно реализуемо и применимо для повышения объема и качества продукции растениеводства. Устройство для магнитно-импульсной обработки растений испытано в лабораторных и производственных условиях, фиг. 4.