Verfahren und Vorrichtung zum Verscheuchen und Fernhalten von Lebewesen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verscheuchen und Fernhalten von Lebewesen und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Das Verfahren kann angewendet werden, um unerwünschte Tiere von bestimmten Gebieten und Räumen fernzuhalten.
Es kann benutzt werden, um Vögel, gewisse Insekten und andere schädliche Kleintiere von Kulturen, wie Feldern, Gärten, Weinbergen und Obstplantagen zu vertreiben. Das Verfahren kann auch verwendet werden, um Vögel von Fahrzeugen, z.B. Schiffen, Gebäuden, Denkmälern und Plätzen fernzuhalten und damit eine Verschmutzung zu verhindern, Mäuse und Ratten aus Gebäuden, Schlangen von Wohnsiedlungen, unerwünschte Wassertiere von Küsten, Ufern und Schiffen zu vertreiben und dadurch grosse Schäden zu vermeiden.
Es ist bekannt, die Kulturen vor der Ernte durch Scheuchen, Netze und sich im Wind bewegende Gegenstände gegen Vögel teilweise zu schützen, Insekten durch Spritzen von chemischen Giftstoffen zu töten, in Weinbergen durch Abgabe von Schüssen die Vögel aufzuscheuen, die Mäuse und Ratten mit Gift und Fallen zu töten, unerwünschte Wassertiere durch Hindernisse fernzuhalten.
Dabei ist aber festzuhalten, dass alle beschriebenen bekannten Mittel den Menschen belästigen und teilweise in Gefahr bringen können. Netze und Scheuchen verschandeln z.B. die Natur, die Giftstoffe können in die Nahrung der Menschen kommen und Menschen und Haustiere in Lebensgefahr bringen, das Abgeben von Schüssen wird als ruhestörend empfunden, die Wasserhindernisse können eine Gefahr für Schwimmer und Schiffe bedeuten.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden. Zum Beispiel macht sich die Erfindung die Tatsache zu Nutze, dass für das menschliche Ohr Schallschwingungen nur im Frequenzbereich von etwa 15 Hz bis 15 kHz hörbar sind.
Schallschwingungen im Frequenzbereich bis etwa 15 Hz im sog. Infraschallbereich und über etwa 15 kHz im sog. Ultraschallbereich sind den Menschen normalerweise nicht hörbar und werden dadurch nicht als störend empfunden. Die meisten Tiere nehmen Schall im höheren Frequenzbereich über 15 kHz wahr, wo sie ihn bei bestimmten Intensitäten als störend und unangenehm empfinden. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass nicht alle Tiere die gleiche Schallfrequenzen wahrnehmen können. Es ist deshalb empfehlenswert die Schallschwingungen und Intensitäten so zu wählen, dass sie für die zu vertreibenden Tiere möglichst unerträglich sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer Schallquelle Schwingungen erzeugt werden, deren Frequenzbereich über 15 kHz liegt.
Dazu haben wir folgende Möglichkeiten und deren Kombinationen (Siehe Abb. 1)
1. a) Dauernd gleiche Frequenz, b) sprungweise ändernde Frequenz, c) gleitend ändernde Frequenz, d) gleichzeitig mehrere verschiedene Frequenzen.
Wie die Versuche gezeigt haben, ist für die praktische Anwendung der Frequenzbereich von 15 bis 60 kHz der günstigste. (Siehe Abb. 2)
2. a) Dauernd gleiche örtliche Schallintensität, b) sprungweise geänderte örtliche Intensität; dazu gehört sog. Pulsbetrieb, bei dem wir höhere örtliche Schallintensitäten bei gleicher Leistungs aufnahme erreichen können oder die Speiseener gie herabsetzen; c) gleitend ändernde örtliche Schallintensität, ent weder durch Änderung der Abstrahlungsleistung der Schallquelle, oder durch Bewegung der Quelle.
Zur Schallerzeugung kann man z. B. den sog. umgekehrten piezoelektrischen Effekt ausnützen, wobei sich die Abmessungen der Piezokristalle, z.B. Quarz, Turmalin und Seignettesalz, unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes ändern. Vor einigen Jahren sind piezokeramische Materialien entdeckt worden, die sich für unsere Zwecke sehr gut eignen.
Zur Erzeugung von Luft-Ultraschall verwendet man hauptsächlich dünne piezokeramische Biegeschwinger, da sich diese gut an den niedrigen akustischen Widerstand der Luft anpassen lassen. Hierdurch erhält man einen verhältnismässig hohen elektroakustischen Wirkungsgrad.
Ein Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist anhand der Abbildungen weiter beschrieben.
In Abb. 3 sieht man einen aus einem piezokeramischen Plättchen 1 und einer Metallscheibe 2 bestehenden Wandler, einen sog. Resonator. Das piezokeramische Plättchen 1 ist beidseitig mit zwei dünnen Silberelektroden 3 und 4 verse hen, an die die Wechselspannung gelegt wird. Das Plättchen 1 wird so auf die Metallscheibe 2 geklebt, dass ein guter elektri scher Kontakt und eine starre mechanische Verbindung zwi schen der unteren Elektrode 4 und der Metallscheibe 2 ent steht. Durch angelegte Wechselspannung ändert das Plättchen seine Abmessungen periodisch und verursacht eine Biegung des gesamten, aus dem Plättchen und der Metallscheibe be stehenden Resonators. Stimmen seine mechanische Reso nanzfrequenz und die Frequenz der angelegten Spannung überein, so sind die Schwingungsamplitude und damit die
Ultraschallabstrahlung an die umgebende Luft maximal.
Die Resonanzfrequenz lässt sich näherungsweise durch eine einfache Beziehung beschreiben h f, = k
4 r2 wobei h die Dicke, 2r der Durchmesser der schwingenden
Membran und k eine vom Material, Befestigungsart und der Schwingungsform abhängige Konstante ist.
In Abb. 4 sieht man eine mögliche Richtcharakteristik des beschriebenen Wandlers. Diese wird durch den Resonatordurchmesser 2r und die Schallwellenlänge s in Luft oder einem Medium bestimmt. Der Öffnungswinkel a des in die Symmetrieachsenrichtung fallenden Hauptschallbündels lässt sich für s kleiner als 2r annähernd berechnen: a s sin - = -
2 2r Für s gleich oder grösser als 2r ist die angegebene Beziehung nicht mehr gültig, weil die Richtcharakteristik sich dann der halbkugelähnlichen Form nähert.
In Abb. 5 sieht man eine elektrische Ersatzschaltung des beschriebenen Resonators. In dieser Schaltung bedeutet RL die Dämpfung durch die Schallabstrahlung, die nur im Vakuum einen Nullwert hat. R ist ein durch mechanische Verluste bedingter Widerstand, C als Kapazität entspricht der Elastizität, L als Induktivität der schwingenden Masse des mechanischen Kreises. Parallel zu dem beschriebenen Seriezweig finden wir C0 als Kapazität des festgehaltenen Wandlers und RO als Ersatzwiderstand, hervorgerufen durch dielektrische Verluste. L, C, R+RL bilden zusammen einen Serie-Resonanzkreis, dessen Impedanz im Resonanzfall gleich R + RL ist. Bei allen übrigen Frequenzen ist die Impedanz grösser.
In Abb. 6 sieht man eine Oszillator-Schaltung, die einen Verstärker 5 und einen piezoelektrischen Wandler 6, der in positiver Rückkopplung geschaltet ist, enthält. Da der Wand ler als Resonator die Oszillator-Frequenz bestimmt, erhalten wir bei Schallabstrahlung den grössten Wirkungsgrad, wobei die Bedingung ist, dass die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen des Verstärkers wesentlich kleiner als R + RL der Ersatzschaltung sind. Im weiteren enthält die Oszillator-Schaltung noch eine Kapazität 7, die in negativer Rückkopplung geschaltet ist. Grund dafür ist die Kompensierung der durch die im Ersatzschema beschriebene Kapazität CO verursachten Phasenverschiebung. Es ist zweckmässig, wenn beide Kapazitäten gleich sind.
In Abb. 7 sieht man den gesamten mechanischen Aufbau der Schallquelle für eine Frequenz. Im Aluminiumgehäuse 8 ist neben der Oszillator-Schaltung 9, Piezokeramik 10 auch Schaumstoff 11 zur Dämpfung von Reflexionen vorhanden.
Man kann Schallschwingungen, deren Frequenzbereich über 15 kHz liegen, jedoch auch auf mechanischem Weg erzeugen. Die bekanntesten Ausführungen sind z.B. Pfeife und Sirene, die mittels einer Gas- oder Flüssigkeitsbewegung betrieben werden können. Unter Gas kann man auch Luft und Verbrennungsgas verstehen. Ein weiteres, häufig verwendetes Verfahren der Schallerzeugung nützt das sog. magnetostriktive Prinzip aus, das darin besteht, dass ferromagnetische Materialien ihre Abmessungen in wechselmagnetischen Feldern ändern.
Method and device for scaring away living beings and keeping them away
The invention relates to a method for scaring away living beings and a device for carrying out the method.
The method can be used to keep unwanted animals away from certain areas and rooms.
It can be used to drive birds, certain insects and other harmful small animals away from crops such as fields, gardens, vineyards and orchards. The method can also be used to remove birds from vehicles, e.g. To keep ships, buildings, monuments and squares away and thus prevent pollution, to drive mice and rats out of buildings, queues from housing developments, unwanted aquatic animals from coasts, banks and ships and thereby to avoid major damage.
It is known to partially protect crops from birds before harvest with scarecrows, nets and objects moving in the wind, to kill insects by spraying chemical toxins, to scare off birds in vineyards by firing shots and to scare off mice and rats with poison and killing traps, obstacles to keep unwanted aquatic animals away.
It should be noted, however, that all known means described can annoy people and sometimes put them in danger. Nets and scarecrows spoil e.g. Nature, the toxins can get into people's food and put people and pets in mortal danger, firing shots is perceived as disturbing the peace, the water obstacles can be a danger to swimmers and ships.
The invention was based on the object of avoiding the disadvantages described. For example, the invention makes use of the fact that the human ear can only hear sound vibrations in the frequency range of approximately 15 Hz to 15 kHz.
Sound vibrations in the frequency range up to about 15 Hz in the so-called infrasound range and above about 15 kHz in the so-called ultrasound range are normally not audible to people and are therefore not perceived as annoying. Most animals perceive sound in the higher frequency range above 15 kHz, where they perceive it as annoying and unpleasant at certain intensities. It should be noted, however, that not all animals can perceive the same sound frequencies. It is therefore advisable to choose the sound vibrations and intensities so that they are as unbearable as possible for the animals to be driven away.
The method according to the invention is characterized in that vibrations are generated by means of at least one sound source, the frequency range of which is above 15 kHz.
We have the following options and their combinations (see Fig. 1)
1. a) Constantly the same frequency, b) abruptly changing frequency, c) slidingly changing frequency, d) several different frequencies simultaneously.
As the tests have shown, the frequency range from 15 to 60 kHz is the most favorable for practical use. (See Fig. 2)
2. a) Constantly constant local sound intensity, b) sudden changes in local intensity; this includes so-called pulse operation, in which we can achieve higher local sound intensities with the same power consumption or reduce the feed energy; c) slidingly changing local sound intensity, either by changing the radiation power of the sound source or by moving the source.
To generate sound you can z. Take advantage of the so-called reverse piezoelectric effect, the dimensions of the piezocrystals, e.g. Quartz, tourmaline and sea salt, change under the influence of an electric field. Piezoceramic materials were discovered a few years ago that are very suitable for our purposes.
Thin piezo-ceramic flexural transducers are mainly used to generate air ultrasound, as these can be easily adapted to the low acoustic resistance of the air. This gives a relatively high electroacoustic efficiency.
An example of a device for carrying out the method is further described with reference to the figures.
In Fig. 3 you can see a transducer consisting of a piezoceramic plate 1 and a metal disc 2, a so-called resonator. The piezoceramic plate 1 is hen on both sides with two thin silver electrodes 3 and 4 verses, to which the alternating voltage is applied. The plate 1 is glued to the metal disk 2 in such a way that a good electrical contact and a rigid mechanical connection between the lower electrode 4 and the metal disk 2 is ent. When an alternating voltage is applied, the plate changes its dimensions periodically and causes the entire resonator to be bent from the plate and the metal disc. If its mechanical resonance frequency and the frequency of the applied voltage match, the oscillation amplitude and thus the
Maximum ultrasound radiation to the surrounding air.
The resonance frequency can be approximately described by a simple relationship h f, = k
4 r2 where h is the thickness, 2r is the diameter of the vibrating
Membrane and k is a constant that depends on the material, the type of attachment and the mode of vibration.
In Fig. 4 you can see a possible directional characteristic of the converter described. This is determined by the resonator diameter 2r and the sound wavelength s in air or a medium. The opening angle a of the main beam falling in the direction of the symmetry axis can be approximately calculated for s smaller than 2r: a s sin - = -
2 2r For s equal to or greater than 2r, the specified relationship is no longer valid because the directional characteristic then approaches the hemispherical shape.
In Fig. 5 you can see an electrical equivalent circuit of the resonator described. In this circuit, RL means the attenuation by the sound radiation, which only has a zero value in a vacuum. R is a resistance caused by mechanical losses, C as capacitance corresponds to the elasticity, L as inductance corresponds to the oscillating mass of the mechanical circuit. Parallel to the series branch described, we find C0 as the capacitance of the fixed transducer and RO as the equivalent resistance, caused by dielectric losses. L, C, R + RL together form a series resonance circuit, the impedance of which is equal to R + RL in the case of resonance. The impedance is greater at all other frequencies.
In Fig. 6 one can see an oscillator circuit which contains an amplifier 5 and a piezoelectric transducer 6 which is connected in positive feedback. Since the transducer, as a resonator, determines the oscillator frequency, we get the greatest efficiency with sound radiation, whereby the condition is that the input and output impedances of the amplifier are significantly smaller than R + RL of the equivalent circuit. The oscillator circuit also contains a capacitance 7 which is connected in negative feedback. The reason for this is the compensation of the phase shift caused by the capacitance CO described in the substitute scheme. It is useful if both capacities are the same.
In Fig. 7 you can see the entire mechanical structure of the sound source for one frequency. In the aluminum housing 8, in addition to the oscillator circuit 9, piezoceramic 10, there is also foam 11 for damping reflections.
However, sound vibrations with a frequency range above 15 kHz can also be generated mechanically. The best known designs are e.g. Whistle and siren that can be operated by means of a gas or liquid movement. Gas can also be understood to mean air and combustion gas. Another frequently used method of generating sound uses the so-called magnetostrictive principle, which consists in the fact that ferromagnetic materials change their dimensions in alternating magnetic fields.