Устройство для предпосевной микроволновой обработки семян рапса

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ МИКРОВОЛНОВОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН РАПСА(71) Заявители Республиканское научное унитарное предприятие Институт системных исследований в АПК Национальной академии наук Беларуси Научно-исследовательское учреждение Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета(72) Авторы Карпович Виктор Аркадьевич Воинов Геннадий Михайлович Савук Анна Александровна(73) Патентообладатели Республиканское научное унитарное предприятие Институт системных исследований в АПК Национальной академии наук Беларуси Научно-исследовательское учреждение Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета(57) 1. Устройство для предпосевной обработки семян рапса путем воздействия внешнего электромагнитного поля СВЧ, содержащее приемный бункер для семян, подлежащих обработке, микроволновый модуль, включающий источник сигнала СВЧ с регулируемыми выходной мощностью и частотой выходного сигнала, к выходу которого подключена рупорная антенна, отличающееся тем, что устройство снабжено выходным бункером и желобом,установленным между приемным и выходным бункером так, что семена самотеком поступают из упомянутого приемного бункера в выходной бункер, при этом устройство включает несколько микроволновых модулей, которые установлены над желобом по всей 61182010.04.30 его длине так, что широкие стенки рупорных антенн первой половины микроволновых модулей параллельны продольной оси желоба, а широкие стенки рупорных антенн второй половины микроволновых модулей перпендикулярны упомянутой оси, причем антенны первой и второй половин микроволновых модулей равномерно распределены по длине желоба. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый желоб выполнен ступенчатым. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутые микроволновые модули установлены попарно и каждая пара включает модуль первой и модуль второй половины,которые установлены так, что линия, соединяющая геометрические центры выходных окон рупорных антенн каждой пары микроволновых модулей, перпендикулярна продольной оси желоба. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что все микроволновые модули по отношению к поверхности желоба установлены так, что плоскость выходного окна рупорной антенны расположена на расстоянии 23,1-25,4 мм от упомянутой поверхности.(56) 1. Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции. - М. Мир, 1997. 2. Колмэн Р., Миччел Р. Мембраны и их функции в клетке. - М. Мир, 1977. 3. Карпович В.А., Ермолович А.А., Михаленко Е.Г., Барашкова Г.П., Новикова О.Т. Новая стимулирующая и обеззараживающая микроволновая технология предпосевной обработки семян овощных культур. // Агропанорама. -4. - 2004. - . 17. 4..,.,.,.,//.,. - , ,21-26. - 2004. - . 832-834. 5.5580 1, 2003. Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к средствам предпосевной обработки семян зерновых и технических культур. Для улучшения качества семян, предназначенных для посева, широко применяются различные методы активации, среди которых еще до недавнего времени чаще всего использовались химическая обработка семян ростовыми веществами и дражирование семян органо-минеральными смесями. Однако эти методы в той или иной мере устраняют поверхностную инфекцию семян, но не воздействуют на локализованную внутри семян болезненную микрофлору. Кроме того, эти методы являются дорогостоящими и экологически небезопасными. Наиболее перспективными методами обработки семян являются биофизические методы,а среди них - обработка семян воздействием внешнего электромагнитного поля сверхвысокой частоты (СВЧ). В основе этого метода лежит резонансное воздействие электромагнитным полем на каждое семя. Известно, что клетка любого семени состоит из ядра,ядерной оболочки, митохондрий, лизосом, эндоплазматической сети, Аппарата Гольджи,центросом, все это заполнено цитоплазмой и окружено клеточной мембраной. Клеточная мембрана представляет собой кольцевой диэлектрический резонатор, которому присущи определенные для семян каждой культуры линейные размеры и резонансная частота 1, 2. Указанный метод осуществляют следующим образом. Семена, предназначенные для обработки, помещают в электромагнитное поле СВЧ, частоту которого устанавливают равной резонансной частоте семени данной культуры, и тем самым возбуждают собственные колебания в каждом семени как в резонансной мини-системе 3, 4. 2 61182010.04.30 Благодаря этому в семени активизируются биохимические реакции и повышаются качественные характеристики семян. Повышение качества семян происходит только в полях,характеризующихся определенными пространственными характеристиками электромагнитного поля СВЧ, в частности в полях, в которых используются волны типа Н и Е, и определенными параметрами электромагнитного поля, такими как частота, мощность, при определенном времени воздействия указанного поля на семена. Указанные параметры рассчитывают для семян каждой культуры, при этом расчетная частота электромагнитного поля СВЧ равна резонансной частоте семени данной культуры, генератор устанавливают на эту частоту, и при облучении семян частоту генератора изменяют в некоторой полосе,поскольку семена одной и той же культуры, убранные в различные сроки, высушенные при различных режимах и хранящиеся при различных температурно-влажностных условиях, имеют некоторую разбежку в размерах. Известно устройство для предпосевной обработки семян зерновых культур, в том числе рапса, путем воздействия внешнего электромагнитного поля СВЧ. Известное устройство содержит бункер для обрабатываемых семян, модуль, включающий источник сигнала СВЧ с регулируемыми мощностью и частотой выходного сигнала и рупорную антенну,подключенную к выходу источника сигнала СВЧ 5. Недостатком этого устройства является его низкая производительность, обусловленная наличием многократно загружаемого и разгружаемого бункера для размещения семян,которые должны быть подвергнуты воздействию внешнего электромагнитного поля СВЧ,а также большая потребляемая мощность, т.к. однократная загрузка упомянутого бункера должна составлять примерно 1000 семян. Кроме того, наличие упомянутой емкости практически не позволяет автоматизировать процесс обработки семян. Задачей настоящей полезной модели является создание устройства для предпосевной обработки семян рапса путем воздействия внешнего электромагнитного поля СВЧ, которое по отношению к прототипу имеет более высокую производительность, меньшую потребляемую мощность и легко поддается автоматизации. Поставленная задача решается тем, что устройство для предпосевной обработки семян рапса путем воздействия внешнего электромагнитного поля СВЧ, которое содержит приемный бункер для семян, подлежащих обработке, микроволновый модуль, включающий источник сигнала СВЧ с регулируемыми выходной мощностью и частотой выходного сигнала, к выходу которого подключена рупорная антенна, снабжено выходным бункером и желобом, установленным между приемным и выходным бункером так, что семена самотеком поступают из упомянутого приемного бункера в выходной бункер, при этом устройство включает несколько микроволновых модулей, которые установлены над желобом так, что широкие стенки рупорных антенн первой половины микроволновых модулей параллельны продольной оси желоба, а широкие стенки рупорных антенн второй половины микроволновых модулей перпендикулярны упомянутой оси, причем антенны первой и второй половин микроволновых модулей равномерно распределены по длине желоба. В предпочтительном варианте реализации данной полезной модели упомянутый желоб выполнен ступенчатым. Предпочтительным также является устройство, в котором упомянутые микроволновые модули установлены попарно и каждая пара включает модуль первой и модуль второй половины, которые установлены так, что линия, соединяющая геометрические центры выходных окон антенн каждой пары микроволновых модулей, перпендикулярна продольной оси желоба. Предпочтительно также, чтобы все микроволновые модули по отношению к поверхности желоба были установлены так, чтобы плоскость выходного окна рупорной антенны была расположена на расстоянии 23,1-25,4 мм от упомянутой поверхности. Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами. 3 61182010.04.30 На фиг. 1 представлен один из возможных вариантов заявляемого устройства для предпосевной обработки семян рапса путем воздействия внешнего электромагнитного поля СВЧ, а на фиг. 2 - микроволновый модуль, входящий в упомянутое устройство. Устройство предпосевной обработки семян рапса (фиг. 1) содержит приемный бункер 1,выходной бункер 2 для семян рапса, желоб 3 для транспортировки упомянутых семян от приемного бункера 1 к выходному бункеру 2. Над желобом 3 расположены микроволновые модули 4 (в данном примере их шесть, количество микроволновых модулей зависит от длины желоба). Приемный бункер 1 снабжен заслонкой 5, которая обеспечивает дозированное поступление семян на желоб 3. В состав каждого микроволнового модуля 4(фиг. 2) входит рупорная антенна 6, которая подключена к источнику СВЧ-сигнала, состоящему из генератора 7, управляемого напряжением, умножителя 8, элементов 9 волноводного тракта и блока питания 10 генератора 7. Упомянутые микроволновые модули установлены попарно над желобом, в каждой паре один микроволновый модуль установлен так, что широкая стенка рупорной антенны, входящей в этот модуль, расположена параллельно продольной оси желоба, а другой микроволновый модуль установлен так, что широкая стенка антенны расположена перпендикулярно упомянутой оси, при этом линия,соединяющая геометрические центры выходных окон антенн каждой пары микроволновых модулей, перпендикулярна продольной оси желоба. Таким образом, в представленном примере три рупорные антенны установлены так, что их широкие стенки параллельны продольной оси желоба, а три других - так, что их широкие стенки перпендикулярны продольной оси желоба. Такое расположение микроволновых модулей обеспечивает равномерное воздействие электромагнитного излучения СВЧ на семена, расположенные в желобе. По отношению к поверхности желоба все микроволновые модули установлены так,что плоскость выходного окна рупорной антенны расположена на расстоянии 23,1-25,4 мм от упомянутой поверхности. Это обеспечивает максимальную напряженность поля в области семян, когда они перетекают по желобу. Устройство предпосевной обработки семян рапса работает следующим образом. Семена рапса, предназначенные для обработки воздействием электромагнитного поля СВЧ,засыпают в приемный бункер 1, включают генератор 7, управляемый напряжением. Частоту генератора в каждом модуле устанавливают 69,3 ГГц (расчетная величина, равная резонансной частоте семени рапса). Генераторы устанавливают в режим, при котором частота выходного сигнала изменяется в пределах 69,31,3 ГГц. Выходную мощность генераторов устанавливают равной 10 мВт 20 . Затем открывают заслонку 5 приемного бункера 1 на высоту 30,3 мм от поверхности желоба, что обеспечивает толщину потока семян в желобе, равную 4 мм. С помощью антенны 6 воздействуют электромагнитным полем СВЧ на семена, перемещающиеся самотеком по желобу 3. Параллельное и перпендикулярное расположение широкой стенки выходных рупорных антенн микроволновых модулей относительно продольной оси желоба обеспечивает создание равномерного электромагнитного поля с волнами типа Н и Е. В рассматриваемом примере длина желоба составляла 70010 мм, угол наклона желоба был равен 305. Этот угол обеспечивает самотек семян со скоростью достаточной,чтобы семена находились 9 мин под воздействием электромагнитного поля СВЧ. При этом толщину потока семян устанавливали равной 4 мм (толщина потока семян регулируется заслонкой 5). Производительность устройства зависит от длины желоба, толщины потока, а также от угла наклона желоба и времени нахождения семян на желобе. При указанных параметрах производительность установки предпосевной обработки семян рапса составила 1200 кг семян рапса в сутки. Оптимальные значения частотного диапазона (устанавливаемой частоты и полосы перестройки генераторов 7), а также времени воздействия электромагнитным полем СВЧ на семена уточняют экспериментально. Критерием для определения максимального воздей 4 61182010.04.30 ствия являлся процент всхожести семян. Резонансная частота внешнего воздействия для семени рапса определяется расчетным путем. Поскольку семена одной и той же культуры,убранные в различные сроки, высушенные при различных режимах и хранящиеся при различных температурно-влажностных условиях, имеют некоторую разбежку в размерах,то расчетную резонансную частоту внешнего электромагнитного поля СВЧ перестраивают в некоторой полосе. Наиболее эффективным для практического применения (для повышения энергии прорастания и всхожести семян рапса) является диапазон частот 68-70,6 ГГц. Воздействие электромагнитным полем СВЧ повышает энергию прорастания семян и физиологическую активность растений и тем самым уничтожает семенную инфекцию, повышает всхожесть семян, усиливает развитие корневой системы, увеличивает фотосинтезирующий аппарат растений, способствует более быстрому развитию растений и более раннему плодоношению. Лабораторные и полевые испытания описанного выше устройства предпосевной обработки семян рапса показали, что его использование для предпосевной обработки семян рапса при указанных параметрах обеспечивает производительность 1200 кг в сутки (в прототипе 24 кг в сутки). В силу того что в заявляемой установке семена рапса непрерывным потоком поступают из приемного бункера в выходной бункер, все процессы обработки могут быть легко автоматизированы. Небольшая толщина потока семян способствует уменьшению мощности воздействия, т.к. время воздействия поля СВЧ на семена от момента открытия заслонки 5 до момента начала сброса семян в выходной бункер составляет всего 9 мин. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5