УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОВЕДЕНИЕМ НАСЕКОМЫХ Российский патент 1994 года по МПК A01M1/00 

Изобретение относится к биологии, а имено к биокибернетике, и может быть использовано для управления поведением насекомых, а также при разработке устройств для отлова насекомых и их уничтожения.

Известно электрическое устройство для приманки и уничтожения насекомых, содержащее трансформатор, к которому последовательно подсоединены тела накала, излучающие тепло при прохождении через них электрического тока [2] .

Известное устройство позволяет управлять поведением только тех насекомых, которые реагируют на тепловое излучение, и при этом дает сильное рассеивание тепла в окружающее пространство, что снижает помехоустойчивость устройства. Последнее усугубляется наличием препятствий, движением воздуха и т. п.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является акустическая система для привлечения и сбора двух видов медведок, основным элементом которой является электронный блок, генерирующий импульсы, соответствующие по временным и частотным параметрам призывным сигналам самца медведки. После усиления эти импульсы подаются на 10-ватные динамические громкоговорители [1] .

Недостаток известного устройства состоит в том, что воспроизведение сложных широкополосных звуковых сигналов сопряжено с большими трудностями, что обуславливает снижение помехоустойчивости известного устройства. Для воспроизведения звукового сигнала используют модулированный электрический сигнал, максимально приближенный к параметрам звукового сигнала, издаваемого данным видом насекомых. Для этого требуются специальные высококачественные динамические громкоговорители с широкой полосой пропускания и чувствительным диффузором. Из-за ограниченной полосы пропускания динамического громкоговорителя частотная характеристика исходного электрического сигнала воспроизводится неполностью, т. е. искажается. Это вносит дополнительные искажения к имевшимся в исходном электрическом сигнале, что снижает идентичность сформированного звукового сигнала с натуральным, а следовательно, снижает помехозащищенность известного устройства. Кроме того, известно, что для эффективного воздействия на насекомых требуется идеальное воспроизведение сигнала, в том числе и силы звука, так как сила звуковых сигналов, издаваемых насекомыми зависит от биологической активности и соответственно от порога слышимости данного вида насекомых. Чрезмерно усиленный сигнал может оказать на насекомых репеллентное действие вместо аттрактивного. Изменение силы звука в широком диапазоне с помощью данного устройства ведет к усложнению устройства и к увеличению размеров динамического громкоговорителя. В связи с этим возникает противоречие: для увеличения силы звука и воспроизведения частотных характеристик сигнала требуется увеличить размеры динамика, что уменьшает возможность формирования объемной (сферической) звуковой волны. Это также снижает помехоустойчивость известного устройства. Особо следует отметить недостаток, проявляющийся в случае, когда требуется воспроизвести сложный по характеристике низкочастотный звуковой сигнал. Использование динамических устройств приводит к значительным искажениям сигнала и препятствует образованию необходимых сферических волн и, таким образом, ставит помехозащищенность известного устройства в зависимость от параметром формируемого сигнала воздействия.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности.

Цель достигается тем, что устройство управления поведением насекомых, содержащее генератор импульсов и источник излучения, снабжено электронным ключом, установленным между генератором импульсов и источником излучения, при этом последний представляет собой индуктор электромагнитного поля, содержащий перестраиваемый параллельный колебательный LC-контур, а генератор импульсов представляет собой импульсный модулятор. Кроме того, импульсный модулятор содержит перестраиваемые генераторы импульсов низкой и высокой частоты, соединенные выходами с элементом И-НЕ. При этом электронный ключ содержит два n-p-n-транзистора, эмиттеры которых подключены к наружной шине, база первого транзистора через резистор подключена к плюсу источника питания и является входом электронного ключа, коллектор первого транзистора и база второго транзистора соединены и через параллельную RC-цепь подключены к плюсу источника питания, а коллектор второго транзистора является выходом электронного ключа.

Положительный эффект в устройстве управления поведением насекомых достигается следующим образом. Перестраиваемый генератор низкой частоты формирует последовательность модулирующих импульсов, а перестраиваемый генератор высокой частоты - последовательность модулируемых импульсов. Оба генератора формируют последовательности импульсов в виде меандра. Элемент И выполняет роль модулятора, на выходе которого формируется последовательность пачек высокочастотных импульсов с периодом следования модулируемого сигнала. Электронный ключ срабатывает от каждого импульса в пачке, открываясь по переднему фронту импульса и закрываясь по заднему фронту. При этом в индукторе, представляющем собой перестраиваемый параллельный колебательный LC-контур, по каждому импульсу в пачке возбуждаются электрические колебания, имеющие вид периодических затухающих колебаний с многочисленными гармониками. Сформировавшиеся в колебательном LC-контуре полигармонические колебания приводят к образованию полигармонического сложномодулированного электромагнитного поля. Благодаря тому, что в импульсном модуляторе генераторы частот перестраиваются, обеспечивается возможность изменения временных характеристик сигнала, возбуждающего полигармонические колебания в контуре. Изменение спектральной характеристики электрических колебаний происходит путем перестройки LC-контура. Регулировка параметров исходного сигнала и перестройка параметров LC-контура позволяют формировать необходимые (заданные) параметры сложномодулированных электромагнитных колебаний таким образом, что в их спектре, наряду с другими, присутствуют именно те составляющие сигналы воздействия, которые вызывают соответствующую поведенческую реакцию определенного вида насекомых. Таким образом, в предлагаемом устройстве для управления поведением насекомых используется в качестве носителя информации сложномодулированное электромагнитное поле, что повышает эффективность и помехоустойчивость предлагаемого устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для управления поведением насекомых; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 и фиг. 4 - диаграммы, иллюстрирующие характер поведенческих реакций соответственно взрослых и молодых особей Blatella germanica при воздействии импульсного сложномодулированного электромагнитного поля с полосой частотно-модулированных импульсов от 450 Гц до 50 кГц; на фиг. 5 - диаграммы, иллюстрирующие количество возвратов насекомых (в процентах) из приграничной зоны наблюдения (синдром отпугивания).

Устройство управления поведением насекомых содержит индуктор электромагнитного поля 1 (источник излучения), содержащий перестраиваемый параллельный колебательный LC-контур, импульсный модулятор 2 и электронный ключ 3. Импульсный модулятор 2 подключен выходом к входу электронного ключа 3, между выходом которого и плюсом источником питания включен индуктор 1 электромагнитного поля.

Импульсный модулятор 2 содержит перестраиваемые генераторы низкой 4 и высокой 5 частоты, подключенные выходами к соответствующим входам элемента И-НЕ6, выход которого является выходом модулятора 2.

Электpонный ключ 3 содержит первый 7 и второй 8 n-p-n-транзисторы. База первого 7 транзистора является входом ключа 3 и через резистор 9 подключена к плюсу источника питания. Эмиттеры обоих транзисторов подключены к наружной шине. Коллектор первого 7 транзистора и база второго транзистора 8 через параллельную RC-цепь 10,11 подключены к плюсу источника питания. Коллектор второго 8 транзистора является выходом электронного ключа 3.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии импульсный модулятор 2 выключен, тpанзистор 8 электронного ключа 3 закрыт, а транзистор 7 - приоткрыт. После включения модулятора 2 перестраиваемые генераторы 4,5 начинают вырабатывать соответственно низкочастотную и высокочастотную последовательности импульсов, которые имеют вид меандра (фиг. 2.1, а, б). Сформированные последовательности импульсов поступают на соответствующие входы элементы И-НЕ, при этом на его выходе формируется последовательность пачек высокочастотных импульсов, период следования которых совпадает с периодом следования низкочастотых импульсов. Таким образом, низкочастотный сигнал является модулирующим для последовательности высокочастотных импульсов (фиг. 2.1, в).

Сформованные пачки импульсов последовательно поступают на выход электронного ключа 3 (фиг. 2.2, а). Ключ срабатывает от каждого импульса в пачке. При этом первый транзистор 7 усиливает поступивший на его базу импульс, который затем поступает на базу второго транзистора 8 и открывает его, инициируя тем самым начало заряда от источника питания конденсатора параллельного колебательного LC-контура индуктора 1 через катушку индуктивности контура. При этом в LC-контуре индуктора 1 возникают электрические колебания, которые имеют характер периодических затухающих колебаний (фиг. 2.2, б), а вокруг катушки индуктивности формируется электромагнитное поле, также имеющее характер периодических затухающих электромагнитных колебаний. Длительность импульса в пачке выбирается с учетом времени затухания электрических колебаний в LC-контуре индуктора и несколько превышает его. По заднему фронту первого импульса запуска транзистора 8 последний закрывается и электронный ключ 3 устанавливается в режим ожидания прихода следующего импульса пачки. Далее весь процесс повторяется. В результате в колебательном контуре формируется последовательность электрических импульсов, каждый из которых имеет вид затухающих периодических электрических колебаний. Отсюда и индуцированное электромагнитное поле также будет представлять собой последовательность электромагнитных импульсов, имеющих вид затухающих электромагнитных колебаний, причем число их равно числу высокочастотных импульсов в пачке. При поступлении следующей пачки импульсов с выхода модулятора 2 аналогично формируется следующая пачка электромагнитных импульсов. В итоге после прохождения серии пачек импульсов с модулятора 2 через электронный ключ 3 индуктор 1 формирует сложномодулированное электромагнитное поле, представляющее собой последовательность пачек электромагнитных импульсов, каждый из которых, в свою очередь, имеет вид периодических затухающих электромагнитных колебаний. Благодаря тому, что затухающие периодические электрические колебания богаты гармониками, то и индуцированное ими электромагнитное поле также является полигармоническим. Спектральный состав сформированного электромагнитного поля изменяют путем изменения параметров контура, а именно, изменяя величину емкости конденсатора и индуктивности, в примере выполнения устройства перестраивается конденсатор.

После того, как индуктор 1 начал формировать электромагнитное поле, производят настройку устройства на управление поведением выбранного вида насекомых, например, тараканов. Например, необходимо сформировать сигнал воздействия, который бы привлекал их к ловушке. Для этого с помощью анализатора спектра анализируют спектральный состав сформированных электрических колебаний. Изменяя параметры LC-контура индуктора добиваются того, чтобы в спектре сформированных электрических колебаний присутствовали те спектральные составляющие сигналы аттрактанта, которые определяют его привлекательность для тараканов.

Каждый индуцированный электромагнитный импульс в этом случае также в своем спектре содержит спектральные составляющие сигнала аттрактанта. После формирования спектрального состава электромагнитного поля формируют его временные параметры, а именно период следования электромагнитных импульсов в пачке и период следования пачек электромагнитных импульсов фиг. 2.2(б). В первом случае варьируют периодом следования высокочастотных импульсов в пачке, перестраивая генератор 5 высокочастотных импульсов. Во-втором случае варьируют периодом следования низкочастотных импульсов, перестраивая генератор 4, т. е. изменяя период следования модулирующего сигнала (фиг. 2.2, б). Временные параметры сложномодулированного электромагнитного поля формируют исходя из времени восприятия информации нейронами управления данного вида насекомых (например, тараканов).

В электрической схеме электронного ключа конденсатор 11, подключенный параллельно коллекторному сопротивлению 10 первого транзистора 7, исключает возникновение паразитных колебаний в LC-контуре индуктора 1 из-за нестабильности источника питания. Подбор резистора 9 позволяет исключить нежелательные колебания, возникающие в LC-контуре после закрытия транзистора 8.

При частоте модулирующих импульсов 400+-50 кГц время нахождения взрослых насекомых в экспериментальной зоне изменялось до 224.3% (фиг. 3, II) по сравнению с контрольными значениями (фиг. 3, III), в то же время частоты 50+-10 кГц изменяли время прохождения экспериментальной зоны от 83,2 до 120% (фиг. 3, I). Сопутствующие параметры ИСМ ЭМП: амплитудные значения поля по сфере излучения не преpывали 1,5 мТл, коэффициент модуляции 0,98, частота следования модулированных импульсов стабильна - 0,8 Гц при сохранении известных низкочастотных акустических гармоник. Девиация частоты в пределах 5% . Наблюдения показали наличие первичных ориентировочных реакций с последующим быстрым перемещением из зоны воздействия, при этом большая часть времени задержки приходится на ориентировочный рефлекс. Характер поведения был сохранен на протяжении всего времени наблюдения с появлением новой специфики биоритмологических реакций и с последующим их сохранением.

При таких же параметрах ИСМ ЭМП, указанных в предыдущем примере, время пробежки молодых особей увеличилось на 180% . Насекомые часто теряли ориентировку, возвращались к исходной позиции. Стахостический тип реакции отражен на фиг. 4 (римскими цифрами обозначены те же параметры, что и в фиг. 3). В конечном итоге наблюдадись определенные скопления молодых особей (3-10) на границе минимального излучения ИСМ ЭМП, при этом они продолжали осуществлять стахостические движения, которые в последующем принималии характер направленных от излучателя, причем часто имитирующих направление магнитосиловых линий, сформированных индуктором-излучателем.

Получение "синдрома отпугивания" у насекомых проиллюстрировано на фиг. 5, где фиг. 5. I - контрольные исследования; фиг. 5. II - поведение насекомых при воздействии ИСМ ЭМП. Как видно из диаграммы процент возвратов насекомых от границ экспериментальной зоны в 6 раз больше, чем в контрольных исследованиях. Параметры ИСМ ЭМП по частоте модулирующих импульсов находились в полосе от 300 кГц до 50 кГц.

Таким образом, применение определенных амплитудно-частотных и временных характеристик сложномодулированного электромагнитного поля (в примерах - импульсного) приводит к формированию специфических поведенческих реакций для данного вида насекомых.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство для управления поведением насекомых имеет более высокую помехоустойчивость. Прежде всего это обеспечивается тем, что источник излучения в устройстве представляет собой индуктор электромагнитного поля, содержащий перестраиваемый параллельный LC-контур. Благодаря этому в предлагаемом устройстве сигнал, воздействия, формируют в виде электромагнитного поля, которое по сравнению со звуковыми волнами, формируемыми в прототипе как сигнал воздействия, оказывает непосредственное влияние на нейроны, управляющие поведением насекомых, имеет меньший коэффициент затухания и образует в пространстве объемную электромагнитную водну, что повышает помехоустойсчивость предлагаемого устройства по сравнению с прототипом. Кроме того, благодаря выполнению генератора импульсов в виде импульсного модулятора с перестраиваемыми генераторами импульсов, а индуктора - в виде перестраиваемого колебательного параллельного LC-контура, в предлагаемом устройстве обеспечивается возможность изменения параметров сигнала воздействия в соответствии с изменением биоритма насекомых, на которых оказывают воздействие. Это же свойство позволяет формировать частотные и временные параметры сигнала воздействия в соответствии с видом насекомых. При этом индуктор, как источник излучения не вносит дополнительных искажений в параметры формируемого сигнала, в отличие от источника излучения (динамика) в прототипе. Это объясняется тем, что индуктор принимает непосредственное участие в формировании параметров сигнала воздействия, а динамик в прототипе лишь воспроизводит в звуковой сигнал поступающий на его вход электрический сигнал, имеющий параметры сигнала воздействия. В результате, предлагаемое устройство позволяет формировать сигнал воздействия на насекомых, более близкий по своим параметрам к натуральному, чем в прототипе, Все это повышает помехоустойчивость предлагаемого устройства по сравнению с прототипом, Кроме того, помехоустойчивость предлагаемого устройства не зависит от параметров формируемого сигнала. Так, например, некоторые насекомые воспринимают низкочастотные сигналы. В прототипе для звукового воспроизведения низкочастотного сигнала используют низкочастотные динамические громкоговорители, которые имеют большие размеры, препятствующие образование сферической волны, что снижает помехоустойчивость устройства по прототипу. В предлагаемом устройстве индуктор формирует электромагнитное поле, которое образует при распространении объемную электромагнитную волну и оказывает непосредственное воздействие на нейроны управления данного вида насекомых.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство управления поведением насекомых обладает более высокой помехоустойчивостью. (56) 1. Р. Д. Жантиев. Биоакустика насекомых, М. : Московский университет, 1981, с. 222.

2. ПНР, заявка - 270438, МКИ А01М, опублик. 1988.

Использование: в биокибернетике для управления поведением насекомых, а также при разработке устройств для отлова насекомых и их уничтожение. Цель: повышение помехоустойчивости. Сущность изобретения: устройство содержит индуктор, импульсный модулятор и включенный между ними электронный ключ. Индуктор содержит перестраиваемый параллельный колебательный С-контур. При срабатывании ключа (открыт-закрыт) контур формирует периодические затухающие колебания. Одновременно индуктивность контура индуцирует сложномодулированное электромагнитное поле. Параметры поля формируют перестройкой контура и временных параметров перестраиваемых генераторов модулятора. Положительный эффект: повышение помехоустойчивости и эффективности. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОВЕДЕНИЕМ НАСЕКОМЫХ, содержащее генератор импульсов и источник излучения, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, оно снабжено электронным ключом, установленным между генератором импульсов и источником излучения, при этом последний представляет собой индуктор электромагнитного поля, содержащий перестраиваемый параллельный колебательный LC-контур, а генератор импульсов представляет собой импульсный модулятор. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что импульсный модулятор содержит перестраиваемые генераторы импульсов низкой и высокой частоты, соединенные выходами с элементом И - НЕ. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электронный ключ содержит два n-p-n-транзистора, эмиттеры которых подключены к наружной шине, база первого транзистора через резистор подключена к "плюсу" источника питания и является входом электронного ключа, коллектор первого транзистора и база второго транзистора соединены и через параллельную RC-цепь подключены к "плюсу" источника питания, а коллектор второго транзистора является выходом электронного ключа.