Устройство для предпосевной обработки семян

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН(71) Заявитель Научно-исследовательское учреждение Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета(72) Авторы Карпович Виктор Аркадьевич Любецкий Николай Васильевич Пушкина Надежда Викторовна Спиридович Елена Владимировна(73) Патентообладатель Научно-исследовательское учреждение Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета(57) 1. Устройство для предпосевной обработки семян путем воздействия на них внешним электромагнитным полем СВЧ, содержащее бункер для семян, подлежащих обработке,приемный бункер, между которыми установлен ступенчатый желоб так, что семена самотеком поступают из бункера для семян, подлежащих обработке, в приемный бункер, микроволновые модули, расположенные над ступенчатым желобом, каждый из которых содержит генератор сигнала СВЧ с перестраиваемой частотой и регулируемой мощностью выходного сигнала, и подключенную к его выходу рупорную антенну, отличающееся тем, что каждый микроволновый модуль снабжен преобразователем электромагнитной волны СВЧ с линейной поляризацией в электромагнитную волну СВЧ с круговой поляризацией, установленным между генератором сигнала СВЧ и рупорной антенной, при этом рупорная антенна выполнена конической. 86802012.10.30 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в каждой ступени ступенчатого желоба установлено, по меньшей мере, одно устройство для регулирования уровня потока семян. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено устройством для регулировки угла наклона ступенчатого желоба.(56) 1.5580 1, 2003. 2.6118 , 2010. Полезная модель относится к области сельского хозяйства, в частности к устройствам для предпосевной обработки семян лекарственных, овощных, зерновых, технических и иных культур. Для улучшения качества семян, предназначенных для посева, широко применяются различные способы активации, среди которых наиболее перспективными являются биофизические, а среди них - обработка семян воздействием внешнего электромагнитного поля сверхвысокой частоты (СВЧ). В основе этого способа лежит резонансное воздействие электромагнитным полем СВЧ на каждое обрабатываемое семя. Повышение качества семян происходит только в электромагнитном поле СВЧ, в котором используются волны типаии частота которого равна резонансной частоте семени данной культуры 1. Известно устройство для предпосевной обработки семян овощных и зерновых культур, реализующее упомянутый способ и содержащее канал СВЧ, состоящий из последовательно соединенных генератора сигнала СВЧ с перестраиваемой частотой и регулируемой мощностью выходного сигнала, вентиля, рупорной пирамидальной антенны и бункера для размещения обрабатываемых семян. Узлы, которые входят в канал СВЧ, соединены между собой прямоугольными волноводами 1. Недостатком данного устройства является низкая производительность в связи с необходимостью многократной загрузки и разгрузки бункера для размещения семян, а также с тем, что в нем используется электромагнитное поле СВЧ с линейно поляризованной электромагнитной волной, излучаемой рупорной пирамидальной антенной, в которой напряженность вектора электрической индукции, характеризующей распределение энергии в выходном сечении рупорной пирамидальной антенны, изменяется по косинусоидальной зависимости и, следовательно, максимальное значение энергии электромагнитного поля СВЧ сосредоточено в центре выходного сечения рупорной пирамидальной антенны. Поэтому для равномерного облучения всех семян необходимо вращать бункер вокруг оси упомянутой антенны или вращать антенну вместе с генератором сигнала СВЧ относительно оси бункера. Кроме того, наличие бункера с размещенными семенами практически не позволяет автоматизировать процесс обработки семян. Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является устройство для предпосевной обработки семян путем воздействия на них внешним электромагнитным полем СВЧ, содержащее бункер для семян, подлежащих обработке, приемный бункер,между которыми установлен ступенчатый желоб так, что семена самотеком поступают из бункера для семян, подлежащих обработке, в приемный бункер, над ступенчатым желобом расположены микроволновые модули, каждый из которых содержит генератор сигнала СВЧ с перестраиваемой частотой и регулируемой мощностью выходного сигнала,подключенную к его выходу рупорную пирамидальную антенну. При этом в каждой зоне облучения установлено по два микроволновых модуля таким образом, что широкая стенка рупорной антенны одного модуля расположена параллельно продольной оси желоба, а широкая стенка рупорной антенны второго модуля - перпендикулярно продольной оси желоба 2. Такая установка модулей обеспечивает создание равномерного электромагнитного поля СВЧ с волнами типаи . 2 86802012.10.30 Недостатком данного устройства является то, что для обеспечения требуемой производительности в нем должно быть установлено большое число дорогостоящих микроволновых модулей. Другим недостатком является то, что с помощью данного устройства очень трудно регулировать скорость перемещения семян по желобу для обеспечения требуемого времени облучения. Необходимость такой регулировки связана с тем, что семенам разных культур требуется различное время обработки, которое в значительной степени определяется размером и формой семян. Технической задачей данной полезной модели является создание устройства предпосевной обработки семян, которое по сравнению с ближайшим аналогом будет иметь более низкую стоимость и меньшие энергозатраты, а также позволит обрабатывать семена лекарственных, овощных, зерновых, технических и иных культур. Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что в устройстве для предпосевной обработки семян путем воздействия на них внешним электромагнитным полем СВЧ, содержащем бункер для семян, подлежащих обработке, приемный бункер,между которыми установлен ступенчатый желоб так, что семена самотеком поступают из бункера для семян, подлежащих обработке, в приемный бункер, микроволновые модули,расположенные над ступенчатым желобом, каждый из которых содержит генератор сигнала СВЧ с перестраиваемой частотой и регулируемой мощностью выходного сигнала и подключенную к его выходу рупорную антенну, каждый микроволновый модуль снабжен преобразователем электромагнитной волны СВЧ с линейной поляризацией в электромагнитную волну СВЧ с круговой поляризацией, установленным между генератором сигнала СВЧ и рупорной антенной, при этом рупорная антенна выполнена конической. Таким образом, существенными отличительными признаками полезной модели является наличие преобразователя волны СВЧ с линейной поляризацией в волну СВЧ с круговой поляризацией, включенного между генератором сигнала СВЧ и рупорной антенной, и выполнение рупорной антенны конической. В таком устройстве в выходном сечении рупорной конической антенны формируется равномерное электромагнитное поле СВЧ с волнами типаи . Согласно заявляемой полезной модели, преимущество имеет такое устройство для предпосевной обработки семян, в котором в каждой ступени ступенчатого желоба установлено, по меньшей мере, одно устройство для регулирования уровня потока семян. Заявленная полезная модель имеет преимущества и в том случае, если устройство для предпосевной обработки семян будет снабжено устройством для регулирования угла наклона ступенчатого желоба. Это позволит использовать предложенное устройство для предпосевной обработки семян многих культур в заданных временных интервалах. Заявляемая полезная модель поясняется на примере устройства для предпосевной обработки, показанном на чертежах. На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого устройства, а на фиг. 2 изображена структурная схема микроволнового модуля. Устройство для предпосевной обработки семян содержит загрузочный бункер 1 для семян, подлежащих обработке, приемный бункер 2 для обработанных семян, ступенчатый желоб 3 для транспортировки семян от загрузочного бункера 1 к приемному бункеру 2. Над ступенчатым желобом 3 расположены микроволновые модули 4 (в данном примере их три). Количество микроволновых модулей зависит от длины желоба, а длина желоба, в свою очередь, зависит от заданной производительности устройства. Загрузочный бункер 1 снабжен заслонкой 5, которая обеспечивает дозированное поступление семян на ступенчатый желоб 3. В состав каждого микроволнового модуля 4 входит рупорная конусная антенна 6, которая подключена к выходу генератора 7 сигнала СВЧ, управляемого напряжением, через преобразователь 8 электромагнитной волны СВЧ с линейной поляризацией в электромагнитную волну СВЧ с круговой поляризацией, элементов 9 волноводного тракта и блока 10 питания генератора 7 сигнала СВЧ. 86802012.10.30 В каждой ступени ступенчатого желоба установлено по два устройства 11 регулировки уровня потока семян, каждое из которых в данном примере выполнено в виде пластины, установленной с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной плоскости соответствующей ступени желоба 3. Ступенчатый желоб 3 соединен с устройством 12 регулирования угла его наклона. С помощью устройства 12 угол наклона ступенчатого желоба 3 может изменяться от 25 до 45. Работу устройства для предпосевной обработки семян рассмотрим на примере обработки семян пустырника сердечного, представителя лекарственных растений. Из экспериментальных исследований было установлено, что семена пустырника необходимо обрабатывать электромагнитным полем СВЧ не менее 12 минут. В связи с этим с помощью устройства 12 регулирования угла наклона устанавливался уголнаклона ступенчатого желоба 3, равный 352, а зазор между основанием желоба 3 и устройствами 11 регулирования уровня потока семян устанавливался равным 3,5 мм. Семена, предназначенные для обработки, засыпали в загрузочный бункер 1, включали генератор 7 сигнала СВЧ, управляемый напряжением, частоту выходного сигнала которого в каждом модуле устанавливали равной 59,9 ГГц (расчетная величина, равная резонансной частоте семени пустырника). Упомянутые генераторы устанавливали в режим, при котором частота выходного сигнала изменялась в пределах 59,91,5 ГГц. Выходную мощность этих генераторов устанавливали равной 10 мВт 20 . Затем открывали заслонку 5 загрузочного бункера 1 на высоту 29,5 мм от поверхности желоба. В рассматриваемом примере длина желоба составляла 70010 мм. С помощью конических рупорных антенн 6 воздействовали электромагнитным полем СВЧ на семена, перемещающиеся самотеком по ступенчатому желобу 3. В преобразователе 8 электромагнитной волны СВЧ с линейной поляризацией в электромагнитную волну СВЧ с круговой поляризацией осуществляется преобразование поляризации со скоростью распространения электромагнитной волны,равной скорости света, путем деления волны на равные составляющие, одна из которых лежит в плоскости падения, а вторая - в плоскости, перпендикулярной к ней. Затем одна из этих составляющих задерживается на 90. Преобразователь 8 состоит из отрезка волновода, в котором прямоугольное сечение на входе переходит в круглое сечение и в котором установлен делитель волны, и из отрезка круглого волновода с фазозадерживающим элементом. Рупорная антенна 6 изготовлена в виде конуса, причем ее входной фланец имеет круглое отверстие, диаметр которого равен диаметру круглого волновода на выходе упомянутого преобразователя 8. Антенна 6 излучает электромагнитное поле СВЧ с круговой поляризацией волн и создает в выходном сечении конической рупорной антенны равномерное электромагнитное поле СВЧ с волнами типаи , которое характеризуется равномерным распределением энергии по всему выходному сечению рупора. Таким образом,в полезной модели над ступенчатым желобом 3 с семенами один модуль выполняет такие же функции, как два модуля в ближайшем аналоге. Для обработки семян любой другой культуры устанавливают частоту выходного сигнала генератора 7, соответствующую расчетному значению резонансной частоты семени этой культуры. Так, например, частоту выходного сигнала генератора 7 для обработки рапса выбирали равной 69,3 ГГц (расчетная величина, равная резонансной частоте семени рапса) и упомянутый генератор переводили в режим, при котором указанная частота изменяется в пределах 69,31,3 ГГц. При этом угол наклона ступенчатого желоба был равен 302. Этот угол обеспечивал самотек семян со скоростью, достаточной для того, чтобы семена находились 9 минут под воздействием электромагнитного поля СВЧ. При этом уровень потока семян устанавливали равным 4 мм (с помощью устройства 11). Производительность устройства зависит от длины желоба, уровня потока семян, а также от угла наклона желоба. При указанных параметрах производительность установки предпосевной обработки семян пустырника составила 10 кг в час. 4 86802012.10.30 Использование устройства регулирования уровня потока семян и устройства регулирования угла наклона ступенчатого желоба позволило изменять продолжительность обработки семян и, тем самым, позволило использовать данное устройство для обработки семян различных растений. Резонансная частота внешнего воздействия для семян любой культуры определяется расчетным путем. Поскольку семена одной и той же культуры, убранные в разные сроки,высушенные в различных режимах и хранящиеся при различных температурах и влажности, имеют некоторую разбежку в размерах, то расчетную резонансную частоту внешнего электромагнитного поля СВЧ, полученную расчетным путем, сканируют в некоторой полосе. Полученное расчетное значение резонансной частоты семян конкретной культуры,т.е. значение задаваемой частоты выходного сигнала генератора 7 и диапазона перестройки этой частоты, а также время воздействия электромагнитным полем СВЧ на семена уточняются экспериментально. Критерием для определения параметров воздействия являлся процент всхожести семян. Воздействие электромагнитным полем СВЧ повышает энергию прорастания семян и физиологическую активность растений, тем самым, повышает всхожесть семян, увеличивает адаптационный потенциал растений как на ювинильном этапе онтогенеза, так и на более поздних. Лабораторные и полевые испытания влияния описанного устройства были проведены для семян пустырника сердечного, календулы лекарственной, валерьяны лекарственной и рапса. Эти результаты показали, что воздействие на обрабатываемые семена внешним электромагнитным полем СВЧ, создаваемым сигналом с круговой поляризацией, по сравнению с использованием внешнего электромагнитного поля СВЧ, создаваемого сигналом с линейной поляризацией, позволило получить результаты, аналогичные тем, которые получены при обработке семян в ближайшем аналоге, но при этом число микроволновых модулей в заявляемой полезной модели в два раза меньше, чем в ближайшем аналоге, и,соответственно, при меньшем энергопотреблении, чем в ближайшем аналоге. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5