Ультразвуковое устройство для отпугивания грызунов
ULTRASONIC DEVICE FOR SCARING RODENTS

Изобретение относится к животноводству, в частности к системам защиты объектов агропромышленного комплекса, распределительных и приемных устройств энергетики от грызунов (крысы, мыши) и может использоваться в производственных и торговых помещения, зернохранилищах, складах, птицеводческих и животноводческих комплексах.
Известно устройство для отпугивания животных (Патент RU №2075295 C1 А01М 29/02) генератор акустического излучения которого выполнен с фиксированной частотой основной несущей гармоники звукового диапазона.
Известно устройство (Патент RU №2012203 C1 А01М 29/04) «Средство акустического отпугивания грызунов» где применено оборудование для пульсирующего горения, воспроизводимые при этом низкочастотные акустические волны в инфразвуковом диапазоне отпугивают грызунов из помещения.
Известно устройство (Патент RU №2042324, Кл. А01М 29/04, приоритет от 21.12.92) «Устройство для отпугивания грызунов» в целях исключения грызунов к адаптации снабжено генератором качающейся частоты.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство (Патент RU №2146445 С1, кл. А01М 29/02) «Устройство для отпугивания грызунов») где для повышения эффективности применены низкочастотные и высокочастотные акустические излучатели, обеспечивающие возможность как привлечения грызунов, так и их отпугивания и уничтожения.
Недостатками данных устройств являются слишком точные и чувствительные настройки, часто сбивающиеся настройки, как правило, регулируемые автоматически, низкое качество издаваемой ультразвуковой волны, небольшой радиус действия, низкий КПД и малая эффективность
Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности способа уничтожения грызунов, на устранение недостатков известных устройств.
Предлагаемое ультразвуковое устройство для отпугивания грызунов (УЗО) основано на излучении ими высокочастотных звуковых колебаний, которые не слышны человеку, но очень чутко воспринимаются грызунами (мышами и крысами). Ультразвук воздействует на психику крыс и мышей, вызывает у них чувство тревоги, страха и вынуждает их покидать территорию постоянного обитания. Под воздействием отпугивателя, самки грызунов теряют способность к размножению. Основным положительным фактором является то, что ультразвуковые отпугиватели безопасны для людей, домашних животных и птиц, не вызывают помех в работе теле- и радиоаппаратуры и служат надежной защитой от крыс, мышей и прочих грызунов.
Устройство имеет две основные части. Часть А и В соответственно. Часть А представляет собой акустическую высокочастотную систему, издающую ультразвук превышающий 20 кГц, неслышимый для человека, но оказывающий свое влияние на грызунов, в частности крыс. Излучателем является рупорная колонка на пьезоэффекте. Часть В представляет собой электрическую часть устройства, которая включает в себя источники питания, преобразователи электрического тока и напряжения и регуляторы.
Устройство УЗО имеет три колонки рупорного типа и может создавать особый эффект при полном КПД своей работы. Суть этого эффекта заключается в следующем. Когда три одинаковые колонки соединены в подобие треугольника, и при этом включены, происходит процесс слияния нескольких ультразвуковых волн. Учитывая то, что центр волны наиболее «плотное» место, а здесь все центры направлены в отражающую поверхность, образуется своеобразный «ультразвуковой пузырь». Данная область просто перенасыщена ультразвуком. Перед получившимся подобием треугольника находится колонка излучателя с более высокой ультразвуковой частотой, поставленная на максимальную частоту.
Издаваемая ей ультразвуковая волна имеет наиболее большую «плотность», и подходящую «пробивную силу».
Происходит следующее, волна колонки с более высоким УЗ, проходящая через «ультразвуковой пузырь», сравнима с камнем, разбивающим стекло. «Осколки ультразвукового пузыря» распространяются во все стороны, при этом хоть и нарушая целостность конструкции, но сохраняя ее общую структуру. Этот эффект был назван «эффект разбитого стекла» (Фиг. 1). На (Фиг. 1) расположена схема расположения акустических колонок (динамиков) в устройстве с указанием распространения ультразвука «Эффект разбитого окна».
1 - АК-059
2 - МК035
Ультразвуковая волна, как и любая звуковая волна поглощается любым относительно плотным веществом, но данный эффект прибора увеличивает радиус воздействия ультразвуковой волны, при этом сохранив все ее характеристики на гораздо большим расстоянии чем остальные подобные устройства.
При этом устройство УЗО не требует усиления затрат мощности.
Основные элементы составной части силового блока устройства части В: сетевой шнур; трансформатор; диодный мост; стабилизатор напряжения; система транзисторов и конденсаторов; аккумуляторная батарея.
Кроме стабилизаторов с фиксированным напряжением, существуют интегральные стабилизаторы, специально предназначенные под регулируемое напряжение. Силовой блок питания устройства устроен на интегральной схеме отечественного производства марки - КРЕН 12А - регулируемый стабилизатор напряжения 1,3-30 вольт и максимальным током 1,5 А.
Ниже представлен ряд расчетных формул, необходимых для определения и выбора составляющих электротехнических элементов и устройств силовой части УЗО.
пор
где U - внутреннее опорное напряжение микросхемы;
oпop
I - управляющий ток, текущий через резистор R 2.
Упрощаем формулу, благодаря тому, что этот самый управляющий ток очень и очень мал - порядка 0,0055А, то есть на результат он практически не влияет.
Отсюда получаем, что:
Параметры блока питания: выходное напряжение - 13,8 В (регулируется), это необходимо с учетом возможности подзарядки аккумуляторной батареи устройства; номинальный ток нагрузки - 25 А; ток защиты от короткого замыкания - 27 А; просадка (потеря) выходного напряжения при номинальном токе нагрузки - не более 0,5 В. Напряжения в минимуме периода пульсации, составит:
13,8+3=16,8 В.
При увеличении тока выше номинального будет наблюдаться быстрое уменьшение выходного напряжения - окончательно функция защиты от перегрузки. Такая схема, кроме предельной простоты и минимума используемых элементов, имеет преимущество - лучшую теплоотдачу распределенных по радиатору микросхем.
Под радиаторами смонтирован охлаждающий вентилятор. Регулировка выходного напряжения такой схемы осуществляется в очень широком диапазоне - от двух до нескольких десятков вольт.
Радиатор с микросхемами изолирован от корпуса блока питания. Сам корпус не соединен гальванически со схемой стабилизатора, а присоединен к защитному заземлению. На входе сетевого напряжения установлен простой LC фильтр. Он защитит трансивер от попадания сетевых помех. Индикация работы блока питания производится двумя лампами HL1 - любой светодиод, HL2 - светодиод. Он также выполняет роль разрядного резистора. По длительности его свечения после выключения блока из сети можно судить о качестве конденсатора С5, а по яркости - о стабильности выходного напряжения.
В блоке питания используем трансформатор. В устройстве использован понижающий трансформатор на 30 В, т.е. напряжение электросети, которое поступает на первичную обмотку трансформатора Т1 через вилку VLK1, выключатель S1 и предохранитель F1, понижается до 30 В, которые мы получаем на вторичной обмотке. Переменное напряжение с вторичной обмотки поступает на диодный мост, который преобразует его в постоянное. Таким образом, мы получили выпрямленное напряжение, но обладающее массой пульсаций. Чтобы избавится от них, был введен конденсатор С1 большой емкости.
Диодный мост выпрямляет переменный ток: "пропускает" его положительные полуволны и "задерживает" отрицательные. В результате переменный ток становится пульсирующим - током одного направления, но изменяющимся по силе. Для того чтобы сгладить пульсации тока и сделать его практически постоянным, на выходе выпрямителя подключают электрический фильтр. При прохождении тока через фильтр конденсаторы заряжаются и накапливают большой заряд. Как только ток через выпрямитель прекращается, конденсаторы отдают накопленный заряд, поддерживая ток в цепи. Для уменьшения резких колебаний выпрямленного тока в фильтр иногда включают дроссель, который всегда препятствует нарастанию тока и, наоборот, поддерживает убывающий ток. На Фиг. 2. расположена принципиальная электрическая схема генерирующей и акустической систем устройства для отпугивания грызунов
Работа УЗО основана на взаимодействии электротехнических радиодеталей. Генерирующая часть собрана на низкочастотных транзисторах и состоит из двух каскадов: задающего генератора на маломощном транзисторе МП-41 или 42 и усилителя, собранного на транзисторе П4 или П210. Задающий каскад представляет собой автогенератор с индуктивной обратной связью. Частота генератора определяется параметрами колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности L1 (первичной обмотки высокочастотного трансформатора Т2) и конденсатора С2.
Частота вырабатываемого тока определяется по формуле
Схема состоит из двух абсолютно идентичных контуров (верхний и нижний), настраиваемых на различную частоту. Первый контур подает импульсы высокой частоты на 3 параллельно соединенных динамика GU1, второй контур на динамик GU2, расположенный в перпендикулярной плоскости.
Плавная настройка генератора на нужную частоту осуществляется перемещением внутри обмоток трансформатора ферритового сердечника (изменением индуктивности контурной катушки). Обмотка L3 трансформатора является катушкой обратной связи, с которой переменное напряжение через ячейку R2, С3 подается на базу транзистора VT1. Для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы обратная связь была положительной. Режим работы транзисторов задается отрицательным автоматическим смещением на их базах, которое осуществляется делителями напряжения R1, R2 и R4, R5.
Температурная стабилизация транзистора Т1 осуществляется ячейкой R3, С4.
Напряжение высокой частоты, вырабатываемое автогенератором, посредством катушки L2 и конденсатора С5 подается на базу транзистора VT2. Нагрузкой этого транзистора служит звуковоспроизводящий динамик GU. Генератор питается от выпрямителя, состоящего из силового трансформатора Т1, диода VD1 и электролитического конденсатора С1. Напряжение на вторичной обмотке составляет от 10 до 20 В и зависит от характеристик звуковоспроизводящих динамиков. Силовой трансформатор через предохранитель QF, рассчитанный на ток 1,5 А, включается в сеть напряжением 220 В.
Акустическая система генерации ультразвуковых волн обеспечивает подачу с заданными параметрами электрического тока. Блок ЭГУ предназначен для преобразования тока промышленной частоты в ток высокой частоты и применяются для питания пьезоэлектрических преобразователей (колонок). При этом с возможностью регулирования параметров тока при поступлении на акустическую систему.
В качестве составляющих акустической системы выбраны следующие электротехнические устройства. Высокочастотный пьезо-излучатель марки АК059 можно использовать в качестве дополнительного источника звука в электронных ультразвуковых репеллентах от грызунов и насекомых, а также в различной звуковой технике. Высокая мощность излучения достигается за счет применения рупора с полосой частот: 2500…45000 Гц, размеры которого 65×145×40 мм. Пьезоизлучатель имеет широкую диаграмму направленности и обеспечивает высококачественное воспроизведение высоких частот.
Конструкция пьезоизлучателя выполнена таким образом, что обеспечивается практически равномерная амплитудно-частотная характеристика во всем рабочем диапазоне частот.
Акустическая система имеет два контура (подсистемы), и, как следствие, две основные части. Часть 1 и 2 соответственно.
Часть 1 представляет собой высокочастотную установку в виде одной колонки марки МК-035, расположенная в центре равностороннего треугольника, созданного рупорными колонками АК-059 и издающая ультразвуковые колебания превышающий 20-30 кГц, неслышимый для человека, но оказывающий свое влияние на грызунов, в частности крыс. На (Фиг. 3) расположена схема расположения колонок частей 1 и 2 акустической системы УЗО
1- - АК-059
2- - МК035
Часть 2. На одной «платформе» располагаются три УЗ-излучателя, каждый из которых является регулируемым. Марки и технические данные колонок одинаковы, и работают в диапазоне от 25 до 45 кГц.
2
Технические характеристики ультразвукового устройства для отпугивания грызунов»: напряжение в сети, (В): 220 (+)(-) 20% 50 Гц (предусмотрено питание от аккумуляторной батареи 12,5 В); потребляемая мощность, (ВА): не более 1,5-3; рабочие частоты (кГц): 20-70; модуляция сигнала: частотно-импульсная 25-45 кГц и 10-33 кГц; диаграмма направленности (телесный угол) - 360°; продолжительность работы - не ограничена; вид грызунов - мыши, крысы; защищаемая площадь м - до 350-400 (при высоте потолков 6-7 м).
Акустическая система устройства обеспечивает качественные параметры генерации ультразвука в окружающее пространство с максимально возможным угнетающим действием на грызунов, как в бытовых условиях, так и на объектах АПК и промышленности.