CN112005993A - 一种非接触式清理蜂螨的装置和清理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非接触式清理蜂螨的装置及方法，包括电源系统、超声功率源、超声换能器和装置平台，所述超声功率源与电源系统连接，由其供电，超声功率源驱动超声换能器。本发明通过一种大功率复合超声换能器和非接触式设计，产生多种频率的超声波场，在不改变现有蜂箱结构的条件下，透射超声波诱发蜜蜂振翅和摆动腹部，进而使蜜蜂感知蜂螨口器分泌物的臭味，激发蜜蜂的自清和互清行为，能够有效清理寄生于蜜蜂体上的大小蜂螨。
Description
技术领域
本发明属于蜜蜂养殖技术领域，特别是涉及蜜蜂寄生虫害蜂螨的防治装置及清理方法。
背景技术
蜂螨是一个古老的物种。但蜂螨及其危害的发现，却是近百年来的事情。1951年，在马来西亚、新加坡等地发现于印度蜜蜂的蜂体上，1955年夏季，江浙地区首次发现螨情；1956年上海蜂场的螨害已经达到了比较严重的程度；1958年蔓延至江西、广东、福建一带；而1960年以后，蜂螨已在全国大部分地区广泛传播而形成灾害。
危害蜜蜂最常见的蜂螨有2种：一种是大蜂螨，一种是小蜂螨。大蜂螨几乎终生附着在除卵以外的各种形态的蜂体上，以吸食蜜蜂血淋巴为生。被寄生的蜜蜂体质虚弱、个体瘦小、寿命缩短；严重时可能会肢体发育不全(主要是翅膀)而残废，最严重的可致蜜蜂在幼虫期或蛹期出现死亡。小蜂螨的危害是急骤的、致命的，被寄生的蜜蜂幼虫非死即残，鲜有正常羽化的，稍有怠慢，蜂群群势就会急速下降，乃至整群覆灭。
目前对于蜂螨的防治，多采用化学方法，最常使用的治螨药物就是双甲脒、氟胺氰菊酯等，但经过多年使用，抗药性问题已十分突出，过量使用化学药物，又不可避免地产生农残超标，严重影响人们的食品安全。
在公开号为CN107155953A的中国发明专利申请中公开的能够自动除螨的智能养蜂箱，其采用无差别加热的方式进行除螨，这会对蜜蜂造成较大的伤害。
申请号为201810445760.1的发明专利申请中，提出了用激光器产生激光照射蜜蜂上的蜂螨，从而杀死蜂螨的方法，这种情况下，激光束可损伤蜜蜂的视力，热量囤积同样对蜜蜂有灭杀作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种非接触式清理蜂螨的装置，利用超声波来非接触式清理蜂螨，为此，本发明采用以下技术方案：
一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，包括电源系统、超声功率源、超声换能器和装置平台，所述超声功率源与电源系统连接，由其供电，超声功率源驱动超声换能器。所述电源系统采用太阳能发电系统供电，配置相应的薄膜太阳能板、蓄电池、控制器、稳压装置等。
所述的超声功率源包括信号源、分频与整形电路、驱动与输出电路、匹配/滤波电路组成。
所述信号源为产生方波和三角波的压控振荡器，通过调整定时电阻和定时电容的输入，改变振荡频率。调制信号输入，以及改变载波频率。
进一步地，所述分频与整形电路，分频电路采用双上升沿触发器，将信号源输出分为两路信号输出，且两路信号反相，信号整形电路获到较规则的信号波形。
进一步地，所述驱动电路与输出电路，超快MOSFET输出驱动信号；N沟道型功率放大场效应管，漏源电压500V，输出电流12A，具有高转换效率。
进一步地，所述匹配/滤波电路，用变压器将功放耦合到LC滤波电路，LC滤波电路为两级滤波，实现与换能器的匹配输出。
所述超声换能器采用阶梯圆板超声换能器，所述阶梯圆板超声换能器包括压电陶瓷晶堆、前盖板、后盖板、变幅杆、预应力螺栓、金属电极片以及阶梯圆板；预应力螺栓给压电陶瓷片施加预应力，使压电陶瓷圆片在强烈的振动时始终处于压缩状态，从而可以避免压电陶瓷片的破裂，达到提高功率容量及改变频率的目的，所述变幅杆用于连接压电陶瓷晶堆以及阶梯圆板。
进一步地，压电陶瓷晶堆采用多块锆铁酸铅压电陶瓷片叠合而成，锆铁酸铅压电陶瓷片厚度为5mm，压电陶瓷晶堆的长度约为换能器总长的1/3，直径小于声波波长的1/4。通过改变压电陶瓷材料的厚度、形状及前后金属盖板的几何尺寸和形状，可以对换能器进行优化设计，便于获得不同的工作频率和其他一些性能参数，以适应不同的工作环境和应用场合。
进一步地，预应力螺栓由高强度的40号铬钢制成，并进行适当地热处理。预应力被调节到大于换能器工作过程中产生的最大伸张应力。
进一步地，所述的前盖板和后盖板采用金属前盖板和金属后盖板，可有效改善换能器的导热性能。
进一步地，所述变幅杆为半波长圆截面谐振变幅杆，材料为高强度硬铝LY12，其纵波声速6300m/s。
进一步地，所述阶梯圆板为中心凹型阶梯板，由高强度硬铝LY12制作，通过法兰与前面的换变幅杆相连接。所述阶梯圆盘的中心凹型阶梯板，根据设计频率范围，确定节圆数、厚度、半径和阶梯板的半径。
进一步地，其左右两侧各装有超声波换能器，超声波换能器的工作频率控制在20kHz～860kHz范围，优选控制在20kHz～100kHz范围。
所述的装置平台为移动平台，包括牵引车座，牵引杆、万向轮。
进一步地，所述装置平台上设置转向盘，所述超声功率源和超声换能器设置在旋转台上。
进一步地，转向盘通过固定连接齿条与电机输出轴链接，由电机驱动其定角度转向。
进一步地，所述平台侧面铰接有防倾力臂，防倾力臂具有伸缩支腿，防倾力臂能够防止受风等外力作用时装置侧倒。
本发明另个一目的是提供一种非接触式清理蜂螨的清理方法，其特征是：包括如下步骤：
S1、将蜂箱放置在开阔平地上，排列在两侧，正中间形成过道；
S2、在蜜蜂进入蜂箱后，盖好箱盖，将权利要求1所述的非接触式清理蜂螨的装置移至过道中间；
S3、所述非接触式清理蜂螨的装置左右两侧各有超声波换能器，其工作频率控制在20kHz～860kHz范围，优选控制在20kHz～100kHz范围；完成一步操作后，使超声换能器转一定角度，继续下一个方向螨虫清理操作，直至该工位点螨虫清理工作结束；
S4、打开蜂箱，消除掉落在蜂箱底部的蜂螨。
S5、将非接触式清理蜂螨的装置移至过道中的下一个位置，重复步骤S3、S4清理和清除过程。
在每个工作点，蜂螨清理控制换能器工作10～20分钟，大螨严重时工作时间调整为20～30分钟。
本发明提出一种超声波诱导蜜蜂清理蜂螨的装置和方法，在蜂箱外发射超声波，利用超声波具备的穿透性，蜜蜂头部触角感受超声波，在不改变现有蜂箱结构的条件下，透射超声波诱发振翅行为并摆动腹部，随着蜜蜂运动，蜂螨口器分泌物的气味被工蜂触角鞭节上的臭味感受器接受，激发工蜂自清和互清行为，能够有效清理寄生于蜜蜂体上的大小蜂螨，经超声波诱导的蜜蜂清理行为能清除掉90％以上寄生螨，同时对蜜蜂蜂体不构成损伤。本发明的有益效果是：
1.本发明通过非接触式超声波发射，有效清理繁殖在蜂箱内和寄生在蜂体上的蜂螨，并极大降低了对蜜蜂的影响。
2.阶梯圆板超声换能器和半波长圆截面谐振变幅杆的设计，使产生的超声波具有多优势频率特征，提高了对蜂螨的清理效果。
3.薄膜高效太阳能电源的使用，实现了野外蜂场易地作业以及各种阴雨气象条件下的有效工作。
4.牵引式移动平台设计，保证了装置在蜂场内方便移动，也保证了在野外各种复杂气象条件下工作的安全性。
附图说明
图1为本发明清理蜂螨装置结构示意图；
图2为超声发生器电路框图；
图3为弯曲振动超声换能器结构示意图；
图3a为阶梯圆板的俯视图。
图4为牵引平台结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种非接触式清理蜂螨的装置，包括薄膜太阳能组件1、超声功率源2、超声换能器3和移动平台4。薄膜太阳能组件1主要给超声功率源和转台电动机提供电源。超声功率源2、超声换能器3、蓄电池置于机箱5中，机箱5安装在套在固定支杆6上的弹簧组7上并通过固定支杆6安装在移动平台4上，弹簧7与机箱5机箱底部的固定连接板8连接，超声功率源2采用推挽输出方式驱动换能器3。
所述的移动平台4包括设置牵引车座41，底部安装4只万向轮9，平台侧面通过铰接螺栓10连接防倾力臂11，防倾力臂11具有伸缩支腿12，防倾力臂可以保证装置工作时不会发生侧倒。所述牵引车座41还连接牵引杆43。
如图2所示，功率超声源2由信号源21、分频电路22、整形电路23、驱动电路24、输出电路25、匹配/滤波电路26组成。
所述信号源21为压控振荡器LM566CN，用于产生方波(第3脚输出)和三角波(第4脚输出)的压控振荡器，第5脚调制信号输入，第6脚、第7脚为定时电阻和定时电容输入端，改变第6、7脚输入值可以改变载波频率。本实施例中为方波输出，振荡频率81.624KHz，占空比43.3％，幅值6.87V。
所述分频电路22为双上升沿触发器74LS74，双上升沿触发器，将信号源分为两路反相输出，频率40KHz，占空比50％，幅值3.5V。
所述整形电路23为一种采用与非门集成电路74LSOO组成的方波发生器电路。其中与非门1、2与外围RC时间常数元件组成振荡电路，与非门3为缓冲输出级。改变C的容量，便可获得不同频率的方波输出。本发明中产生频率是40KHz，占空比40％。整形电路用于改变两路分频信号波形，使输出信号更为规则。
所述驱动电路24为栅极驱动器IXDN609PI，超快MOSFET驱动，第6、7脚输出驱动信号。电压4.5V～35V，峰值输出电流9A，上升/下降时间(典型值)22ns，15ns。
所述输出电路为N沟道型功率放大场效应管12N50，漏源电压500V，输出电流12A，具有高转换效率。
所述匹配/滤波电路26，用变压器将功放耦合到LC滤波电路，滤波电路为两级滤波，实现与换能器3的匹配输出，把谐振点调到与换能器谐振点一致即可驱动换能器辐射超声波。
如图3为所示，超声换能器3由金属后盖板30、压电陶瓷晶堆31、金属电极片32、金属前盖板33、变幅杆34和预应力螺栓35以及阶梯振动圆板36等组成。
压电陶瓷晶堆31由厚度为5mm的多块锆铁酸铅压电片组成，锆铁酸铅压电片功率容量为6W/(cm3.kHz)，的，总长度约为换能器总长的1/3，直径小于声波波长的1/4。
预应力螺栓35由高强度的30号铬钢制成，用于给压电陶瓷片31施加预应力，保证压电陶瓷圆片在强烈的振动时始终处于压缩状态，避免压电陶瓷片的破裂。预应力螺栓35在加工时进行适当地热处理，预应力被调节到大于换能器工作过程中产生的最大伸张应力。
金属前后盖板30、33均由高强度硬铝LY12制成，用于压电陶瓷晶堆31的压电陶瓷片的固定和散热。
变幅杆34为半波长圆截面谐振变幅杆，用于连接陶瓷晶堆31以及阶梯圆板36，材料为综合性能良好的高强度硬铝LY12，其纵波声速为6300m/s。
所述阶梯圆板36由高强度硬铝LY12制作，通过法兰与前面的变幅杆34相连接，阶梯振动圆板36的中心凹型阶梯板，节圆数、厚度、半径和阶梯板的半径依据设计频率范围确定。在本实施例中，超声换能器的的工作频率为40kHz时，节圆半径分别为r1＝11mm，r2＝27.8mm，阶梯圆板的半径a＝33.8mm。阶梯圆板36的2节圆厚度分别为h1＝2mm，h2＝6.25mm，h2-h1＝4.25mm，刚好为空气中的半波长。
如图4所示，所述的移动平台4设置转向盘42，转向盘42按能垂直轴旋转。对于移动平台，机箱5连接在转向盘上，通过转向盘42的旋转一定角度，能使超声换能器3朝向不同的角度。所述转向盘42通过连接齿条44和电机45的输出轴连接，由电机驱动其定角度转动。
采用上述非接触式清理蜂螨的装置的清理蜂螨方法，其包括如下步骤：
S1、将蜂箱放置在开阔平地上，按品字型交叉排列，蜂箱排列间距大于1m，最远距离能够接收到非接触式清理蜂螨的装置发出的超声波即可。
S2、在蜜蜂进入蜂箱后，盖好箱盖，将上述的非接触式清理蜂螨的装置牵引至蜂箱过道中间。
S3、所述非接触式清理蜂螨的装置左右两侧各有超声波换能器，其工作频率控制在20kHz～860kHz范围，优选控制在20kHz～100kHz范围；由精密定时器按预设时间控制换能器工作，完成一步操作后，转向盘转一定角度，比如10°，继续下一个方向段螨虫清理操作，直至，各个方向都被进行清理操作。
S4、打开蜂箱，消除掉落在蜂箱底部的蜂螨。
S5、一点蜂螨清理完成后，非接触式清理蜂螨的装置移至前方20米处的蜂箱过道中间，重复步骤S3、S4清理和清除过程。
在一个工作点，一般蜂螨清理控制换能器工作10～20分钟，大螨严重时工作时间调整为20～30分钟。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (13)
1.一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，包括电源系统、超声功率源、超声换能器和装置平台，所述超声功率源与电源系统连接，由其供电，超声功率源驱动超声换能器。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，功率超声源包括信号源、分频与整形电路、驱动与输出电路、匹配/滤波电路。
3.根据权利要求2所述的一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，所述信号源为产生方波和三角波的压控振荡器，调制信号输入以及改变载波频率。
4.根据权利要求2所述的一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，所述分频电路为双上升沿触发器，将信号源分为两路反相输出。
5.根据权利要求2所述的一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，所述驱动与输出电路，由MOSFET输出方波驱动信号，N沟道性功率放大场效应管对驱动信号进行高效放大，采用推挽输出方式轮流驱动换能器，占空比50％，幅值12V。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，所述超声换能器采用阶梯圆板超声换能器，所述阶梯圆板超声换能器包括压电陶瓷晶堆、前盖板、后盖板、变幅杆、预应力螺栓、金属电极片以及阶梯圆板；预应力螺栓给压电陶瓷片施加预应力，使压电陶瓷圆片在强烈的振动时始终处于压缩状态，从而可以避免压电陶瓷片的破裂，功率容量提高及频率改变，所述变幅杆用于连接压电陶瓷晶堆以及阶梯圆板。
7.根据权利要求6所述的一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，压电陶瓷晶堆采用多块锆铁酸铅压电陶瓷片叠合而成，锆铁酸铅压电陶瓷片厚度为5mm，压电陶瓷晶堆的长度约为换能器总长的1/3，直径小于声波波长的1/4。
8.根据权利要求6所述的一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，所述变幅杆为半波长圆截面谐振变幅杆，材料为高强度硬铝LY12，其纵波声速6300m/s。
9.根据权利要求6所述的一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，所述阶梯圆板为中心凹型阶梯板，由高强度硬铝LY12制作，通过法兰与前面的换变幅杆相连接。
10.根据权利要求1所述的一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征在于，所述平台侧面铰接有防倾力臂，防倾力臂具有伸缩支腿，能够防止因受风等外力作用时清理蜂螨装置发生侧倒。
11.根据权利要求1所述的一种非接触式清理蜂螨的装置，其特征是：其左右两侧各装有超声波换能器，超声波换能器的工作频率控制在20kHz～860kHz范围。
12.一种非接触式清理蜂螨的清理方法，其特征是：包括如下步骤：
S1、将蜂箱放置在开阔平地上，排列在两侧，正中间形成过道；
S2、在蜜蜂进入蜂箱后，盖好箱盖，将权利要求1所述的非接触式清理蜂螨的装置移至过道中间；
S3、所述非接触式清理蜂螨的装置左右两侧各有超声波换能器，其工作频率控制在20kHz～860kHz范围；完成一步操作后，使超声换能器转一定角度，继续下一个方向螨虫清理操作，直至该工位点螨虫清理工作结束；
S4、打开蜂箱，消除掉落在蜂箱底部的蜂螨。
S5、将非接触式清理蜂螨的装置移至过道中的下一个位置，重复步骤S3、S4清理和清除过程。
13.根据权利要求12所述的清理方法，其特征是：在每个工作点，一般蜂螨清理控制换能器工作10～20分钟，大螨严重时工作时间调整为20～30分钟。
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