Система для отпугивания грызунов и ее акустический преобразователь

 

Изобретение относится к средствам воздействия на грызунов для защиты складов, жилых помещений и т. п. и к средствам создания соответствующего акустического сигнала. Система для отпугивания грызунов включает блок питания, а также связанные между собой пульт управления, модулятор, генератор качающей частоты, усилитель и акустический преобразователь, при этом акустический преобразователь выполнен широкополосным и встроен по всей площади технологического проема помещения, а генератор качающей частоты выполнен с возможностью изменения его частоты в диапазоне 10 Гц - 40 кГц. Акустический преобразователь включает, по крайней мере, один основной протяженный элемент из магнитострикционного материала со средством для создания постоянного магнитного поля и средством для генерирования или приема переменного магнитного поля, вектора которых совпадают с продольной осью этого элемента. Последний механически связан, по крайней мере, с одним ограничителем продольных перемещений по крайней мере двух, его точек в направлении каждого из векторов генерируемого или принимаемого постоянного и переменного магнитного поля с возможностью перемещения срединной части элемента перпендикулярно его продольной оси в направлении генерирования или приема акустического сигнала. Это позволяет с высокой эффективностью отпугивать грызунов и создавать акустическое поле с плоским фронтом. 2 с. и 22 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к средствам воздействия на грызунов для защиты складов, жилых помещений и т.п. и к средствам создания соответствующего акустического сигнала.

Широко известны системы для отпугивания нежелательных биологических существ, которые включают генератор, усилитель и акустический преобразователь (см., например, авторские свидетельства СССР N 1457876, 1551314 и другие).

В данном случае эффективность отпугивания крайне мала, поскольку имеет место привыкание биологического существа к репеллентному сигналу и отсутствие в дальнейшем ответной реакции на него.

Наиболее близкой к заявленному является система для отпугивания грызунов, включающая блок питания, а также связанные между собой пульт управления, модулятор, генератор качающей частоты, усилитель и акустический преобразователь (авторское свидетельство СССР N 1683620). При работе данной системы генератор качающей частоты подает изменяющийся сигнал на усилитель, причем модулятор управляет работой генератора качающей частоты, что дает возможность уменьшить степень привыкания грызунов к репеллентному сигналу.

Однако эффективность данной системы все еще недостаточна.

Задачей настоящего изобретения в части системы является повышение ее КПД.

Данная задача решается за счет того, что в системе для отпугивания грызунов, включающей блок питания, а также связанные между собой пульт управления, модулятор, генератор качающей частоты, усилитель и акустический преобразователь, акустический преобразователь выполнен широкополосным и встроен по всей площади технологического проема помещения, а генератор качающей частоты выполнен с возможностью изменения его частоты в диапазоне 10 Гц - 40 кГц.

При этом она снабжена дополнительным широтно-импульсным модулятором, выход которого связан с генератором качающей частоты, а вход подключен к пульту управления.

Пульт управления целесообразно выполнять в виде контроллера, связанного с постоянным запоминающим устройством.

При этом система может быть снабжена направленным микрофоном, выход которого через соответствующий блок усиления связан со входом пульта управления, а сам микрофон может быть выполнен с максимумом частотной характеристики в диапазоне (20-30) кГц.

Система может быть снабжена блоком создания визуальных репеллентных сигналов, вход которого связан с пультом управления и/или блоком включения аэрозольного распылителя, вход которого сообщен с выходом пульта управления и/или блоком создания низкочастотной вибрации, вход которого связан с выходом пульта управления, причем блок создания низкочастотной вибрации может быть выполнен в виде электромагнитной "трещотки".

Система, кроме того, может быть снабжена блоком создания электромагнитного поля, вход которого сообщен с выходом пульта управления.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы для отпугивания грызунов.

Система для отпугивания грызунов включает блок питания 1, а также связанные между собой пульт 2 управления, модулятор 3, генератор 4 качающей частоты, усилитель 5 и акустический преобразователь 6, который выполнен широкополосным и встроен по всей площади технологического проема помещения (не показан), а сам генератор 4 качающей частоты выполнен с возможностью изменения его частоты в диапазоне 10 Гц - 40 кГц. Система также снабжена дополнительным широтно-импульсным модулятором 7, выход которого связан с генератором 4 качающей частоты, а вход подключен к пульту 2 управления. Пульт 2 управления целесообразно выполнять в виде контроллера 8, связанного с постоянным запоминающим устройством 9, контроллер также может иметь клавиатуру 10.

Система также снабжена направленным микрофоном 11, выход которого через соответствующий блок усиления 12 связан со входом пульта 2 управления, а сам микрофон 11 выполнен с максимумом частотной характеристики в диапазоне (20-30) кГц.

Система также снабжена блоком 13 создания визуальных репеллентных сигналов, блоком 14 включения аэрозольного распылителя, блоком 15 создания низкочастотной вибрации, входы которых связаны с выходом пульта 2 управления, при этом блок 15 создания низкочастотной вибрации может быть выполнен в виде электромагнитной "трещотки".

Для увеличения эффективности система может быть снабжена блоком 16 создания электромагнитного поля, вход которого сообщен с выходом пульта 2 управления.

Система работает следующим образом.

После включения блока питания 1 начинает работать по программе пульт 2 управления, который управляет модуляторами 3 и 7, которые задают частотные диапазоны генератору 4, сигнал с которого усиливается усилителем 5 и излучается акустическим преобразователем 6. Для увеличения эффекта отпугивания могут включаться блоки 13, создающие яркие световые вспышки, блок 14, включающий распылители в защищаемой зоне, блок 15, посредством которого создаются вибрации, отпугивающие грызунов, и блок 16, который воздействует на рецепторы грызунов электромагнитным полем, усиливая эффект отпугивания. При включении микрофона 11 сигнал, издаваемый грызунами, усиливается и подается на пульт 2 управления, который по программе включает соответствующий блок из перечисленных выше.

Однако очень существенным является наличие акустического преобразователя (АП) 6, который может располагаться в технологическом проеме и, кроме того, дает возможность создавать акустическое излучение в широком диапазоне частот.

Сферой применения АП 6 являются технические приложения, использующие излучение или прием акустических сигналов, например звука, в акустических динамиках или микрофонах. Наиболее эффективно это применение в случаях, когда расположение АП 6 ограничено или специальной формой (малая толщина, возможность встраивания в корпусные детали и др. ) или внешними факторами (повышенное давление, влажность, температура и пр.), см., например, заявку ФРГ N 3832616 A1.

Магнитострикционные акустические преобразователи 6 (МАП) широко известны в технике и основываются на прямом магнитострикционном эффекте, состоящем в изменении длины l излучателя 17 при изменении его магнитного состояния на величину Δl. Отношение λ = Δl/l называют магнитострикцией. Величина λ для традиционных магнитострикционных материалов имеет порядок 10^-4 - 10^-5.

Для увеличения эффективности (отдачи) МАП 6 используют в режиме резонанса, в основном для излучения в жидкости, см. , например, патент США N 4642802.

Для сохранения "линейности" между входным сигналом (переменным магнитным полем H_~) и выходным сигналом - перемещением МАП 6 - используют подмагничивание, т. е. постоянное магнитное поле H₌, линеаризующее зависимость λ от переменного магнитного поля.

Относительно небольшая величина λ ограничивает область применения МАП 6 в основном резонансными режимами излучения в жидкость, т.к., например, для воздуха даже метровый (l = 1 м) излучатель 17, закрепленный с одной стороны, будет иметь максимальное перемещение порядка Δl = λl ≈ 0,1 мм (фиг. 2).

В последнее время для увеличения перемещений МАП 6 используют новые магнитострикционные материалы с существенно большей магнитострикцией (до 10^-3). Однако эти сплавы весьма дороги. Кроме того, для их практического применения требуется создание очень высоких магнитных полей.

Предлагается увеличить эффективное перемещение в МАП 6 для заданного материала и в широком частотном диапазоне за счет введения, по крайней мере, одного ограничителя продольных перемещений элемента МАП 6 - излучателя 17, по крайней мере, двух его точек 18 (фиг. 3), причем перемещение ограничивают в направлении каждого из векторов генерируемого или принимаемого постоянного и переменного полей, которые реализуются за счет средства 19 для создания постоянного магнитного поля (H₌) и средства 20 для генерирования или приема переменного магнитного поля (H_~). В этом случае перемещение средней части элемента 17 МАП 6, как показывают расчеты, подтвержденные экспериментальными исследованиями, составляет величину порядка что для параметров выше рассмотренного примера (l = 1 м, λ = 10^-4) составляет 1 см, т.е. на два порядка большую величину.

Для достижения указанного эффекта элемент 17 МАП 6 должен обладать протяженностью, т.е. быть выполнен в виде пластины или стержня (струны) с отношением толщины (диаметра) к длине порядка 0,01 - 0,001.

Ограничитель как конструктивный элемент может быть выполнен разными способами.

Например, для излучателя 17⁺, изготовленного из материала с положительной магнитострикцией (см. фиг. 4), ограничителем может являться соединенный с элементом 17⁺ в ряде точек (по крайней мере, в двух точках) такой же элемент 17^-, но изготовленный из материала с отрицательной магнитострикцией.

На фиг. 5 показаны результаты измерений колебаний такого составного элемента, изготовленного из Fe-Co сплава (17⁺) и никеля (17^-) с общими обмотками 19 и 20. Длина каждого из элементов 17⁺ и 17^- - 300 мм, толщина - 0,15 мм.

Другим конструктивным элементом, выполняющим роль ограничителя продольных колебаний, может являться инерционная масса 21 "m", расположенная по крайней мере на одном конце протяженного элемента 17 (фиг. 6). Кроме поперечного перемещения срединной части элемента 17, следствием такого решения является передача (прием) усилия на основание 22.

Для увеличения уровня излучения (приема) звука необходима более развитая поверхность, чем боковая поверхность МАП 6.

Поэтому при выполнении ограничителя в виде мембраны 23 (фиг. 7), соединенной с протяженным элементом 17, по крайней мере, в двух точках 18, МАП 6 превращается в достаточно эффективный источник (приемник) звука. Качество звука улучшается, если наряду с мембраной 23 использовать ограничитель в виде жесткого каркаса 24 (фиг. 8), к которому прикреплена (приклеена) мембрана 23.

Частотная характеристика источника (приемника) звука, показанного на фиг. 7, с каркасом размером 100 х 60 мм показана на фиг. 9.

Примечательно, что эта характеристика практически не изменяется при действии влаги и температуры (погружении в горячую воду и т.д.) при выполнении очевидных требований к материалу мембраны 23, каркаса 24 и изоляции обмотки (их термо- и влагостойкости). Большинство современных микрофонов и динамиков, предназначенных для работы на воздухе, весьма чувствительно к изменению внешних климатических условий.

При увеличении чувствительности (громкости) за счет увеличения длины элемента 17 для сохранения линейности (качества звука) элемент 17 вместе с мембраной 23 устанавливается с прогибом, величина которого не превышает 15% его длины, причем сам элемент 17 подпружинен в направлении этого прогиба упругими элементами 25 (фиг. 10).

Анализ показывает, что существует оптимальная величина подпружинивания и прогиба по уровню громкости и линейности для каждого сочетания параметров элементов МАП 6 и его конструктивного окружения.

Эффективность использования мембраны 23 как излучающей поверхности увеличивается при уменьшении работы сил, растягивающих мембрану в направлении оси элемента 17. Это может быть достигнуто за счет уменьшения жесткости мембраны 23 в направлении оси элемента 17 по сравнению с ее жесткостью в направлении, перпендикулярном оси элемента 17 (в плоскости мембраны). Такая механическая анизотропия свойств мембраны 23 реализуется, например, ее гофрированием (см. фиг. 10).

Для расширения частотного диапазона, особенно в области высоких частот, существенное значение имеет снижение массы элемента 17 МАП 6, в т.ч. за счет массы обмотки. В случае особого применения некоторых типов усилителей для источника звука (фиг. 11) или использования остаточной намагниченности материала элемента МАП 6 в диапазоне (1,05-1,2)Тл для приемника звука (фиг. 12), удается решить поставленную задачу с использованием одной (и единственной) обмотки 26.

В современных усилителях применяются схемы класса AB и B, в которых до разделительного конденсатора C в точке A (фиг. 11) имеется постоянное напряжение, примерно равное половине напряжения питания E.

Это постоянное напряжение E/2 может быть использовано для создания постоянного магнитного поля (подмагничивания).

Таким образом, с выходного каскада, состоящего, например, из транзисторов разной проводимости T1 и T2, на одной и той же обмотке 26 МАП 6 имеются напряжения, создающие постоянное и переменное магнитные поля.

Естественно, в этом случае разделительный конденсатор C (на фиг. 11 обведен штриховой линией) из схемы исключается.

При использовании в качестве средства для создания постоянного магнитного поля и средства для создания (приема) переменного магнитного поля двух гальванически развязанных обмоток 19, 20 на фиг. 3, 4, расположенных на элементе 17 и связанных с соответствующими источниками (усилителями) тока, расширяется возможность в управлении чувствительностью и линейностью МАП 6.

Естественно, что для создания постоянного магнитного поля в МАП 6 может использоваться и постоянный магнит соответствующей конфигурации.

По сравнению с известными акустическими преобразователями, работающими в звуковом диапазоне частот, предложенный преобразователь обладает следующими основными преимуществами: позволяет существенно уменьшить массогабаритные показатели; обеспечивает легкое встраивание в предметы обихода - перегородки, мебель, рамки фотографий и т.д.; более стоек к внешним механическим и климатическим воздействиям, например может работать в условия повышенных и пониженных температур, повышенной влажности: в овощехранилищах, складских и других помещениях, потенциально привлекательных для грызунов, бассейне, на улице под дождем и т.д.; позволяет получать распределенный источник (приемник) звука, размеры которого соизмеримы с размерами озвучиваемого помещения; уровень звука при этом в первом приближении слабо зависит от расстояния до источника в пределах этого помещения; позволяет сохранять в одном элементе широкополосный характер излучения.

Применение предложенного магнитострикционного акустического преобразователя позволяет с высокой эффективностью реализовать высокоэкономичный и простой в изготовлении излучатель и приемник акустических колебаний, который может быть выполнен в широком диапазоне линейных размеров (от нескольких сантиметров до нескольких метров), сохраняя при этом минимальный размер по толщине (порядка миллиметра) и стойкость к внешним воздействиям (температуре, давлению, влажности).

Формула изобретения

1. Система для отпугивания грызунов, включающая блок питания, а также связанные между собой пульт управления, модулятор, генератор качающей частоты, усилитель и акустический преобразователь, отличающаяся тем, что акустический преобразователь выполнен широкополосным и встроен по всей площади технологического проема помещения, а генератор качающей частоты выполнен с возможностью изменения его частоты в диапазоне 10 Гц - 40 кГц.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным широтно-импульсным модулятором, выход которого связан с генератором качающей частоты, а вход подключен к пульту управления.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что пульт управления выполнен в виде контроллера, связанного с постоянным запоминающим устройством.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена направленным микрофоном, выход которого через соответствующий блок усиления связан со входом пульта управления.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что микрофон выполнен с максимумом частотной характеристики в диапазоне 20 - 30 кГц.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена блоком создания визуальных репеллентных сигналов, вход которого связан с пультом управления.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена блоком включения аэрозольного распылителя, вход которого сообщен с выходом пульта управления.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена блоком создания низкочастотной вибрации, вход которого связан с выходом пульта управления.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок создания низкочастотной вибрации выполнен в виде электромагнитной "трещотки".

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена блоком создания электромагнитного поля, вход которого сообщен с выходом пульта управления.

11. Акустический преобразователь, включающий, по крайней мере, один основной протяженный элемент из магнитострикционного материала со средством для создания постоянного магнитного поля и средством для генерирования или приема переменного магнитного поля, вектора которых совпадают с продольной осью этого элемента, причем последний механически связан, по крайней мере, с одним ограничителем продольных перемещений, по крайней мере, двух его точек в направлении каждого из векторов генерируемого или принимаемого постоянного и переменного магнитного поля с возможностью перемещения срединной части элемента перпендикулярно его продольной оси в направлении генерирования или приема акустического сигнала.

12. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что основной протяженный элемент выполнен в виде стрежня.

13. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что основной протяженный элемент выполнен в виде пластины.

14. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что основной протяженный элемент выполнен в виде струны.

15. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что ограничитель выполнен в виде жесткого каркаса, механически соединенного с двумя концами основного протяженного элемента.

16. Преобразователь по п.13, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным элементом из магнитострикционного материала, со знаком магнитострикции, противоположным знаку магнитострикции материала основного протяженного элемента, и механически соединенного, по крайней мере, в двух точках с основным протяженным элементом.

17. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что часть ограничителя перемещения выполнена в виде, по крайней мере, одной инерционной массы, соединенной с соответствующим концом протяженного элемента.

18. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что ограничитель выполнен в виде мембраны, с которой протяженный элемент соединен, по крайней мере, в двух точках.

19. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что элемент установлен с прогибом, величина которого не превышает 15% длины элемента, причем сам элемент подпружинен в направлении этого прогиба.

20. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что средство для создания постоянного магнитного поля и средство для генерирования или приема переменного магнитного поля выполнены в виде соответствующих отдельных обмоток, расположенных на элементе и связанных с соответствующими источниками или усилителями тока.

21. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что средство для создания постоянного магнитного поля и средство для генерирования переменного магнитного поля выполнено в виде общей обмотки, расположенной на элементе и связанной с выходом соответствующего усилителя тока.

22. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что средство для создания постоянного магнитного поля выполнено в виде, по крайней мере, одного постоянного магнита.

23. Преобразователь по п.11, отличающийся тем, что в качестве средства для создания постоянного магнитного поля используется магнитострикционный материал самого элемента, имеющий величину остаточной намагниченности не менее (1,05 - 1,2) Тл.

24. Преобразователь по п.18, отличающийся тем, что мембрана выполнена с анизотропией механических свойств и ее жесткость в направлении продольной оси, по крайней мере, одного протяженного элемента меньше, чем в направлении, перпендикулярном оси этого элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12